KR20230014794A - Method for fabricating the semiconductor memory device - Google Patents

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gate insulating
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신영봉
김비오
남필욱
예태기
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삼성전자주식회사
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Abstract

The present invention is to provide a manufacturing method of a semiconductor memory device capable of improving reliability and performance. The manufacturing method of the semiconductor memory device comprises: forming a trench in a substrate; forming a first free cell gate insulating layer including silicon oxide, along a sidewall and bottom surface of the trench; forming a second free cell gate insulating layer by implanting silicon (Si) ions into the first free cell gate insulating layer; and forming a cell gate insulating layer by performing a curing process on the second free cell gate insulating layer.

Description

반도체 메모리 장치 제조 방법 {Method for fabricating the semiconductor memory device}Method for fabricating the semiconductor memory device {Method for fabricating the semiconductor memory device}

본 발명은 반도체 메모리 장치 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device.

반도체 소자가 점점 고집적화됨에 따라, 동일한 면적에 보다 많은 반도체 소자를 구현하기 위해 개별 회로 패턴들은 더욱 미세화 되어 가고 있다. 즉, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자의 구성 요소들에 대한 디자인 룰이 감소하고 있다. As semiconductor devices become increasingly highly integrated, individual circuit patterns are becoming more miniaturized in order to implement more semiconductor devices in the same area. That is, as the degree of integration of semiconductor devices increases, design rules for components of semiconductor devices are decreasing.

고도로 스케일링(scaling)된 반도체 소자에서, 복수의 워드 라인을 형성하는 공정 및 복수의 배선 라인과 이들 사이에 개재되는 복수의 매몰 컨택(Buried Contact: BC)을 형성하는 공정이 점차 복잡해지고 어려워지고 있다.In a highly-scaling semiconductor device, a process of forming a plurality of word lines and a process of forming a plurality of wiring lines and a plurality of buried contacts (BC) interposed therebetween is becoming increasingly complicated and difficult. .

본 발명이 해결하려는 과제는, 신뢰성 및 성능을 개선할 수 있는 반도체 메모리 장치 제조 방법을 제공하는 것이다. An object to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device capable of improving reliability and performance.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치 제조 방법의 일 태양(aspect)은 기판 내에 트렌치를 형성하고, 트렌치의 측벽 및 바닥면을 따라, 실리콘 산화물을 포함하는 제1 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고, 제1 프리 셀 게이트 절연층에 실리콘(Si) 이온을 주입하여 제2 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고, 제2 프리 셀 게이트 절연층에 큐어링(curing) 공정을 수행하여, 셀 게이트 절연층을 형성하는 것을 포함한다.In one aspect of a method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention for solving the above problems, a trench is formed in a substrate, and a first pre-cell gate insulating layer including silicon oxide is formed along sidewalls and bottom surfaces of the trench. forming a second free-cell gate insulating layer by implanting silicon (Si) ions into the first free-cell gate insulating layer, and performing a curing process on the second free-cell gate insulating layer to form a cell gate Including forming an insulating layer.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치 제조 방법의 다른 태양은 소자 분리막에 의해 정의된 활성 영역을 포함하는 기판을 제공하고, 기판 및 소자 분리막 내에, 제1 방향으로 연장되는 트렌치를 형성하고, 원자층 증착 공정(ALD)을 이용하여 트렌치의 측벽 및 바닥면을 따라, 실리콘 산화물을 포함하는 제1 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고, 제1 프리 셀 게이트 절연층에 실리콘(Si) 이온을 주입하여 제2 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고, 제2 프리 셀 게이트 절연층에 큐어링(curing) 공정을 수행하고, 제2 프리 셀 게이트 절연층 상에 셀 게이트 전극, 셀 게이트 캡핑 도전막 및 셀 게이트 캡핑 패턴을 순차적으로 형성하여 셀 게이트 구조체를 형성하고, 활성 영역은 셀 게이트 전극에 의해 활성 영역의 제1 부분 및 상기 활성 영역의 제2 부분으로 구분되고, 기판 상에, 제1 방향과 다른 제2 방향으로 비트 라인 구조체를 형성하고, 활성 영역의 제2 부분 상에 스토리지 컨택을 형성하고, 스토리지 컨택 상에, 스토리지 패드를 형성하고, 스토리지 패드 상에 커패시터를 형성하는 것을 포함한다.Another aspect of the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention for solving the above problems is to provide a substrate including an active region defined by a device isolation film, form a trench extending in a first direction in the substrate and the device isolation film, , A first free-cell gate insulating layer including silicon oxide is formed along sidewalls and a bottom surface of the trench using an atomic layer deposition process (ALD), and silicon (Si) ions are applied to the first free-cell gate insulating layer. A second pre-cell gate insulating layer is formed by injection, a curing process is performed on the second pre-cell gate insulating layer, and a cell gate electrode, a cell gate capping conductive layer and a cell gate capping layer are formed on the second pre-cell gate insulating layer. A cell gate structure is formed by sequentially forming cell gate capping patterns, an active region is divided into a first part of the active region and a second part of the active region by a cell gate electrode, and on a substrate, in a first direction and Forming a bit line structure in another second direction, forming a storage contact on the second portion of the active region, forming a storage pad on the storage contact, and forming a capacitor on the storage pad.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

도 1은 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 개략적인 레이아웃이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 개략적인 레이아웃이다.
도 10는 도 9의 B-B 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 11은 도 9의 C-C 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 도 9의 D-D 선을 따라 절단한 단면도이다.
1 is a schematic layout for describing a semiconductor memory device according to some embodiments.
2 to 6 are intermediate diagrams for explaining a manufacturing method of the semiconductor memory device of FIG. 1 .
7 is a diagram for describing a semiconductor memory device according to some embodiments.
8 and 9 are schematic layouts of a semiconductor memory device according to some embodiments.
10 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 9 .
11 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 9 .
12 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 9 .

도 1은 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 개략적인 레이아웃이다. 도 2 내지 도 6은 도 1의 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다. 참고적으로, 도 2 내지 도 6은 도 1의 A-A 선을 따라 절단한 단면도이다.1 is a schematic layout for describing a semiconductor memory device according to some embodiments. 2 to 6 are intermediate diagrams for explaining a manufacturing method of the semiconductor memory device of FIG. 1 . For reference, FIGS. 2 to 6 are cross-sectional views taken along line A-A of FIG. 1 .

도 1을 참고하면, 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 셀 소자 분리막(105)을 포함할 수 있다. 셀 소자 분리막(105)은 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 셀 소자 분리막(105)은 우수한 소자 분리 특성을 갖는 STI(shallow trench isolation) 구조를 가질 수 있다. 셀 소자 분리막(105)은 메모리 셀 영역 내에 셀 활성 영역(ACT)을 정의할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a semiconductor memory device according to some embodiments may include a cell device isolation layer 105 . The cell device isolation layer 105 may be formed in the substrate 100 . The cell device isolation layer 105 may have a shallow trench isolation (STI) structure having excellent device isolation characteristics. The cell element isolation layer 105 may define the cell active region ACT within the memory cell region.

셀 소자 분리막(105)은 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The cell element isolation layer 105 may include, for example, at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxynitride layer, but is not limited thereto.

셀 소자 분리막(105)은 하나의 절연막으로 형성되는 것으로 도시되었지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 셀 소자 분리막(105)은 하나의 절연막으로 형성될 수도 있고, 복수의 절연막으로 형성될 수도 있다. Although the cell element isolation layer 105 is illustrated as being formed of one insulating layer, it is only for convenience of explanation, and is not limited thereto. The cell element isolation layer 105 may be formed of one insulating layer or a plurality of insulating layers.

도 1 및 도 2를 참고하면, 셀 게이트 트렌치(115)는 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(100) 상에 마스크 패턴(M)을 형성한 후, 마스크 패턴(M)을 식각 마스크로 기판(100)을 식각하여 셀 게이트 트렌치(115)를 형성할 수 있다. 셀 게이트 트렌치(115)는 제1 방향(DR1)으로 연장될 수 있다. 셀 게이트 트렌치(115)는 셀 소자 분리막(105) 및 셀 소자 분리막(105)에 의해 정의된 셀 활성 영역(ACT)를 가로질러 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the cell gate trench 115 may be formed in the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 . For example, after forming a mask pattern M on the substrate 100 , the substrate 100 may be etched using the mask pattern M as an etching mask to form the cell gate trench 115 . The cell gate trench 115 may extend in the first direction DR1 . The cell gate trench 115 may be formed across the cell device isolation layer 105 and the cell active region ACT defined by the cell device isolation layer 105 .

도 3을 참고하면, 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 상에 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)이 형성될 수 있다. 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)은 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)은 기판(100)의 상면, 셀 게이트 트렌치(115)의 측벽 및 바닥면을 덮을 수 있다. 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)은 실리콘 산화물(silicon oxide)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a first free cell gate insulating layer 111_P1 may be formed on the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 . The first free cell gate insulating layer 111_P1 may have a first thickness T1. The first free cell gate insulating layer 111_P1 may be formed using an atomic layer deposition (ALD) process or a chemical vapor deposition (CVD) process. The first free cell gate insulating layer 111_P1 may cover the top surface of the substrate 100 and the sidewall and bottom surface of the cell gate trench 115 . The first free cell gate insulating layer 111_P1 may include silicon oxide.

도 4를 참조하면, 이온 주입(ion implantation) 공정을 이용하여 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)에 실리콘(Si)을 주입하여 제2 프리 셀 게이트 절연층(111_P2)이 형성될 수 있다. 실리콘(Si) 이온은 셀 게이트 트렌치(115) 상에 배치되는 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)에 주입될 수 있다. 예를 들어, 제1 실리콘(Si_1)은 기판(100) 과 수직한 방향으로 주입되어 셀 게이트 트렌치(115)의 바닥면과 접촉하는 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)에 주입될 수 있다. 제2 실리콘(Si_2)은 기판(100)과 비스듬한 방향으로 주입되어 셀 게이트 트렌치(115)의 측면과 접촉하는 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)에 주입될 수 있다. 제2 프리 셀 게이트 절연층(111_P2) 내의 실리콘 산화물의 배열은 상기 실리콘 주입 공정에 의해 격자가 어그러질 수 있다. 예를 들어, 일부 실리콘(Si) 원자는 산소(O) 원자와 공유하는 전자가 없을 수 있다.Referring to FIG. 4 , a second free cell gate insulating layer 111_P2 may be formed by implanting silicon (Si) into the first free cell gate insulating layer 111_P1 using an ion implantation process. Silicon (Si) ions may be implanted into the first free cell gate insulating layer 111_P1 disposed on the cell gate trench 115 . For example, first silicon Si_1 may be injected in a direction perpendicular to the substrate 100 and injected into the first free cell gate insulating layer 111_P1 contacting the bottom surface of the cell gate trench 115 . The second silicon Si_2 may be implanted in a direction oblique to the substrate 100 and implanted into the first pre-cell gate insulating layer 111_P1 contacting the side surface of the cell gate trench 115 . A lattice of silicon oxide in the second free cell gate insulating layer 111_P2 may be distorted by the silicon implantation process. For example, some silicon (Si) atoms may not have electrons to share with oxygen (O) atoms.

도 5를 참조하면, 제2 프리 셀 게이트 절연층(111_P2)에 큐어링(curing) 공정을 이용하여 셀 게이트 절연층(111)을 형성하고, 셀 게이트 전극(112) 및 셀 게이트 캡핑 도전막(114)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 큐어링 공정은 제2 프리 셀 게이트 절연층(111_P2) 상에 래디컬 산소(radical oxygen) 및 열(heat)을 공급할 수 있다. 상기 큐어링 공정에 의해, 제2 프리 셀 게이트 절연층(111_P2) 내의 실리콘 산화물이 재배열 될 수 있다. 예를 들어, 산소 원자와 공유하는 전자가 없는 실리콘 원자는 상기 큐어링 공정을 통해 산소 원자와 전자를 공유할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the cell gate insulating layer 111 is formed on the second free cell gate insulating layer 111_P2 by using a curing process, and the cell gate electrode 112 and the cell gate capping conductive layer ( 114) can be formed. For example, the curing process may supply radical oxygen and heat to the second free cell gate insulating layer 111_P2. Through the curing process, silicon oxide in the second free cell gate insulating layer 111_P2 may be rearranged. For example, a silicon atom having no electrons shared with an oxygen atom may share electrons with an oxygen atom through the curing process.

셀 게이트 절연층(111)은 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 두께(T2)는 제1 프리 셀 게이트 절연층(111_P1)의 제1 두께(T1) 보다 클 수 있다.The cell gate insulating layer 111 may have a second thickness T2. The second thickness T2 may be greater than the first thickness T1 of the first free cell gate insulating layer 111_P1.

셀 게이트 절연층(111) 상에 셀 게이트 전극(112)이 형성될 수 있다. 셀 게이트 전극(112)은 셀 게이트 절연층(111)이 도포된 셀 게이트 트렌치(115)의 하부에 형성될 수 있다.A cell gate electrode 112 may be formed on the cell gate insulating layer 111 . The cell gate electrode 112 may be formed below the cell gate trench 115 to which the cell gate insulating layer 111 is applied.

도시되지 않았지만, 예를 들어, 셀 게이트 절연층(111)이 형성된 기판 (100)의 상에 도전 물질이 증착 될 수 있다. 이때, 도전 물질은 셀 게이트 트렌치(115)를 채울 수 있다. 도전 물질의 증착은 화학 기상 증착(CVD) 공정 등을 이용하여 수행될 수 있다. 도전 물질은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 이후, 증착 된 도전 물질을 식각하여 셀 게이트 전극(112)이 형성될 수 있다. 일 예로, 도전 물질은 에치 백(etch-back) 공정으로 식각 될 수 있다. Although not shown, for example, a conductive material may be deposited on the substrate 100 on which the cell gate insulating layer 111 is formed. In this case, the cell gate trench 115 may be filled with a conductive material. Deposition of the conductive material may be performed using a chemical vapor deposition (CVD) process or the like. The conductive material may include a metal such as tungsten (W), titanium (Ti), or tantalum (Ta). Thereafter, the cell gate electrode 112 may be formed by etching the deposited conductive material. For example, the conductive material may be etched through an etch-back process.

이어서, 셀 게이트 전극(112) 상에 셀 게이트 캡핑 도전막(114)이 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 예를 들어, 폴리 실리콘은 셀 게이트 전극(112) 상에 형성되고, 셀 게이트 트렌치(115)를 채울 수 있다. 상기 폴리 실리콘은 화학 기상 증착(CVD) 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 폴리 실리콘은 에치 백(etch-back) 공정으로 식각되어 셀 게이트 캡핑 도전막(114)이 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 폴리 실리콘에 N형 불순물이 도핑될 수 있다.Subsequently, a cell gate capping conductive layer 114 may be formed on the cell gate electrode 112 . Although not shown, for example, polysilicon may be formed on the cell gate electrode 112 and fill the cell gate trench 115 . The polysilicon may be formed using a chemical vapor deposition (CVD) process or the like. The cell gate capping conductive layer 114 may be formed by etching the polysilicon through an etch-back process. In some embodiments, N-type impurities may be doped into the polysilicon.

도 6을 참조하면, 셀 게이트 캡핑 도전막(114) 상에 셀 게이트 캡핑 패턴(113)이 형성될 수 있다. 셀 게이트 캡핑 패턴(113)은 셀 게이트 절연층(111)이 도포된 셀 게이트 트렌치(115) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 셀 게이트 캡핑 패턴(113)은 기판(100)의 전면 상에 캡핑막을 형성한 후, 평탄화 공정 등을 수행하여 형성될 수 있다. 캡핑 패턴(113)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 및 실리콘 산질화막 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 기판(100)의 상면을 덮는 셀 게이트 절연층(111)의 일부가 함께 제거될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a cell gate capping pattern 113 may be formed on the cell gate capping conductive layer 114 . The cell gate capping pattern 113 may be formed on the cell gate trench 115 on which the cell gate insulating layer 111 is applied. For example, the cell gate capping pattern 113 may be formed by forming a capping layer on the entire surface of the substrate 100 and then performing a planarization process or the like. The capping pattern 113 may include any one of a silicon nitride layer, a silicon oxide layer, and a silicon oxynitride layer. In this case, a portion of the cell gate insulating layer 111 covering the upper surface of the substrate 100 may be removed together.

상기 평탄화 공정을 통해, 셀 게이트 구조체(110)가 형성될 수 있다. 셀 게이트 구조체(110)는 셀 게이트 트렌치(115), 셀 게이트 절연층(111), 셀 게이트 전극(112), 셀 게이트 캡핑 도전막(114) 및 셀 게이트 캡핑 패턴(113)을 포함할 수 있다. 셀 게이트 전극(112)은 도 8 및 도 9의 워드 라인(WL)에 대응될 수 있다.Through the planarization process, a cell gate structure 110 may be formed. The cell gate structure 110 may include a cell gate trench 115 , a cell gate insulating layer 111 , a cell gate electrode 112 , a cell gate capping conductive layer 114 , and a cell gate capping pattern 113 . . The cell gate electrode 112 may correspond to the word line WL of FIGS. 8 and 9 .

몇몇 실시예에서 도시된 것과 달리, 셀 게이트 캡핑 패턴(113)의 평탄화 공정에도 기판(100) 상에 셀 게이트 절연층(111)이 남아있을 수 있다. 예를 들어, 셀 게이트 캡핑 패턴(113)의 평탄화 공정은 기판(100)의 상면을 덮는 셀 게이트 절연층(111) 높이까지 진행될 수 있다.Unlike in some embodiments, the cell gate insulating layer 111 may remain on the substrate 100 even during the planarization process of the cell gate capping pattern 113 . For example, the planarization process of the cell gate capping pattern 113 may be performed to the height of the cell gate insulating layer 111 covering the upper surface of the substrate 100 .

도 7은 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 참고적으로, 도 7은 실리콘 산화막의 식각률(etch rate)을 설명하기 실험값을 나타낸 그래프이다.7 is a diagram for describing a semiconductor memory device according to some embodiments. For reference, FIG. 7 is a graph showing experimental values for explaining an etch rate of a silicon oxide film.

도 7을 참고하면, Y축은 식각 용액에 의해 실리콘 산화막의 식각 된 식각량 E/A이고, X축은 표면에서의 깊이(depth)이다. 가장 위에 그래프인 Si IIP는 실리콘 산화막에 실리콘 이온 주입(ion implantation) 공정을 진행한 결과값이다. 그 다음 그래프인 REF(UHQ)는 레퍼런스 실리콘 산화막의 실험 결과값이다. 예를 들어, 원자층 증착 공정(ALD)을 통해 증착한 실리콘 산화막 일 수 있다. 그 다음 그래프인 PRO는 상기 레퍼런스 실리콘 산화막에 큐어링 공정을 수행한 후 실험의 결과값이다. 상기 큐어링 공정은 도 5에서 설명한 큐어링 공정일 수 있다. 마지막 그래프인 Si IIP + PRO 그래프는 상기 레퍼런스 실리콘 산화막에 실리콘 이온 주입 공정 후 큐어링 공정을 진행한 후 실험 결과값이다. Si IIP + PRO는 도 5 및 도 6에서 설명한 셀 게이트 절연층(111)에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the Y-axis is the etching amount E/A of the silicon oxide film etched by the etching solution, and the X-axis is the depth at the surface. The uppermost graph, Si IIP, is a result value obtained by performing a silicon ion implantation process on a silicon oxide film. The next graph, REF (UHQ), is the experimental result of the reference silicon oxide film. For example, it may be a silicon oxide film deposited through an atomic layer deposition process (ALD). The next graph, PRO, is the result of an experiment after performing a curing process on the reference silicon oxide film. The curing process may be the curing process described in FIG. 5 . The last graph, the Si IIP + PRO graph, is an experimental result after a silicon ion implantation process and a curing process are performed on the reference silicon oxide film. Si IIP + PRO may correspond to the cell gate insulating layer 111 described in FIGS. 5 and 6 .

각 그래프의 점(point)는 식각 용액에 일정 시간동안 노출된 후 식각량을 기록한 지점이다. 예를 들어, 식각 용액은 플루오린화 수소(HF) 일 수 있고, 일정 시간은 30초일 수 있다. Si IIP + PRO 그래프를 보면, 첫번째 점은 약 30E/A[

Figure pat00001
]이다. PRO 그래프를 보면, 첫번째 점은 약 50 E/A[
Figure pat00002
]이다. 즉, PRO가 Si IIP + PRO에 비해 동일 시간대비 더 많이 식각된 것을 알 수 있다. 즉, 실리콘 산화막에 큐어링 공정을 진행한 것 보다, 실리콘 주입 공정 및 큐어링 공정을 진행한 경우, 실리콘 산화막의 식각률(etch rate)이 향상될 수 있다.A point in each graph is a point at which an etching amount is recorded after being exposed to an etching solution for a certain period of time. For example, the etching solution may be hydrogen fluoride (HF), and the predetermined time may be 30 seconds. Looking at the Si IIP + PRO graph, the first point is about 30E/A[
Figure pat00001
]to be. Looking at the PRO graph, the first point is about 50 E/A[
Figure pat00002
]to be. That is, it can be seen that PRO is etched more than Si IIP + PRO compared to the same time. That is, when the silicon implantation process and the curing process are performed, the etch rate of the silicon oxide film may be improved rather than the curing process performed on the silicon oxide film.

도 8 및 도 9는 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 레이아웃이다. 도 10은 도 9의 B-B 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 11은 도 9의 C-C 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 12는 도 9의 D-D 선을 따라 절단한 단면도이다. 8 and 9 are schematic layouts for describing a method of manufacturing a semiconductor memory device according to some embodiments. 10 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 9 . 11 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 9 . 12 is a cross-sectional view taken along line D-D of FIG. 9 .

참고적으로, 도 8은 반도체 메모리 장치의 액티브 영역 및 워드 라인을 형성한 레이아웃이고, 도 9은 도 8 이후에 형성된 구성을 포함하는 반도체 메모리 장치의 레이아웃이다. 이하에서, 도 1 내지 도 6에서 설명한 것과 중복되는 점은 간략이 설명하거나 생략한다.For reference, FIG. 8 is a layout in which active regions and word lines of a semiconductor memory device are formed, and FIG. 9 is a layout of a semiconductor memory device including a configuration formed after FIG. 8 . Hereinafter, points overlapping with those described in FIGS. 1 to 6 will be briefly described or omitted.

몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에 관한 도면에서, 예시적으로 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. In the drawing of the semiconductor device according to some embodiments, a dynamic random access memory (DRAM) is shown as an example, but is not limited thereto.

도 8을 참고하면, 기판(100) 상에 셀 소자 분리막(105), 워드 라인(WL) 및 복수의 셀 활성 영역(ACT)이 형성될 수 있다. 셀 소자 분리막(105) 및 워드 라인(WL)의 제조 방법에 대한 설명은 도 1 내지 6과 동일할 수 있다. 워드 라인(WL)은 도 6의 셀 게이트 구조체(110)에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 8 , a cell device isolation layer 105 , a word line WL, and a plurality of cell active regions ACT may be formed on the substrate 100 . A description of a method of manufacturing the cell device isolation layer 105 and the word line WL may be the same as that of FIGS. 1 to 6 . The word line WL may correspond to the cell gate structure 110 of FIG. 6 .

셀 활성 영역(ACT)은 기판(도 10의 100) 내에 형성된 셀 소자 분리막(105)에 의해 정의될 수 있다. 반도체 메모리 장치의 디자인 룰의 감소에 따라, 도시된 바와 같이 셀 활성 영역(ACT)은 사선(diagonal line or oblique line)의 바(bar) 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 셀 활성 영역(ACT)은 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다.The cell active region ACT may be defined by the cell device isolation layer 105 formed in the substrate ( 100 in FIG. 10 ). As the design rule of the semiconductor memory device decreases, as illustrated, the cell active area ACT may be arranged in a bar shape of a diagonal line or an oblique line. For example, the cell active region ACT may extend in the third direction DR3.

셀 활성 영역(ACT)을 가로질러 제1 방향(DR1)으로 연장된 복수의 게이트 전극이 배치될 수 있다. 복수의 게이트 전극은 서로 간에 평행하게 연장될 수 있다. 복수의 게이트 전극은, 예를 들어, 복수의 워드 라인(Word Line: WL)일 수 있다. 워드 라인(WL)은 등 간격으로 배치될 수 있다. 워드 라인(WL)의 폭이나 워드 라인(WL) 사이의 간격은 디자인 룰에 따라 결정될 수 있다. A plurality of gate electrodes extending in the first direction DR1 across the cell active region ACT may be disposed. A plurality of gate electrodes may extend parallel to each other. The plurality of gate electrodes may be, for example, a plurality of word lines (WL). The word lines WL may be arranged at regular intervals. The width of the word lines WL or the spacing between the word lines WL may be determined according to design rules.

제1 방향(D1)으로 연장되는 2개의 워드 라인(WL)에 의해, 각각의 셀 활성 영역(ACT)은 3 부분으로 나뉠 수 있다. 셀 활성 영역(ACT)은 스토리지 연결 영역(103b) 및 비트 라인 연결 영역(103a)을 포함할 수 있다. 비트 라인 연결 영역(103a)는 셀 활성 영역(ACT)의 가운데 부분에 위치하고, 스토리지 연결 영역(103b)는 셀 활성 영역(ACT)의 단부에 위치할 수 있다.Each cell active region ACT may be divided into three parts by the two word lines WL extending in the first direction D1 . The cell active area ACT may include a storage connection area 103b and a bit line connection area 103a. The bit line connection area 103a may be positioned at the center of the cell active area ACT, and the storage connection area 103b may be positioned at an end of the cell active area ACT.

제1 방향(DR1)으로 연장되는 2개의 워드 라인(WL)에 의해, 각각의 셀 활성 영역(ACT)은 3 부분으로 나뉠 수 있다. 셀 활성 영역(ACT)은 스토리지 연결 부분(103b) 및 비트 라인 연결 부분(103a)을 포함할 수 있다. 비트 라인 연결 부분(103a)은 셀 활성 영역(ACT)의 가운데 부분에 위치하고, 스토리지 연결 부분(103b)은 셀 활성 영역(ACT)의 단부에 위치할 수 있다.Each cell active region ACT may be divided into three parts by the two word lines WL extending in the first direction DR1. The cell active area ACT may include a storage connection part 103b and a bit line connection part 103a. The bit line connection part 103a may be positioned in the center of the cell active area ACT, and the storage connection part 103b may be positioned at an end of the cell active area ACT.

예를 들어, 비트 라인 연결 부분(103a)은 비트 라인(BL)과 연결되는 영역이고, 스토리지 연결 부분(103b)은 정보 저장부(도 3의 190)와 연결되는 영역일 수 있다. 다르게 설명하면, 비트 라인 연결 부분(103a)은 공통 드레인 영역에 해당되고, 스토리지 연결 부분(103b)은 소오스 영역에 해당될 수 있다. 각 워드 라인(WL)과, 이에 인접한 비트 라인 연결 부분(103a) 및 스토리지 연결 부분(103b)은 트랜지스터를 구성할 수 있다.For example, the bit line connection portion 103a may be an area connected to the bit line BL, and the storage connection portion 103b may be an area connected to the information storage unit ( 190 in FIG. 3 ). In other words, the bit line connection portion 103a may correspond to a common drain region, and the storage connection portion 103b may correspond to a source region. Each word line WL and the adjacent bit line connection portion 103a and storage connection portion 103b may constitute a transistor.

워드 라인(WL) 상에는 워드 라인(WL)과 직교하는 제2 방향(D2)으로 연장되는 복수의 비트 라인(Bit Line: BL)이 형성될 수 있다. 복수의 비트 라인(BL)은 서로 간에 평행하게 연장될 수 있다. 비트 라인(BL)은 등 간격으로 배치될 수 있다. 비트 라인(BL)의 폭이나 비트 라인(BL) 사이의 간격은 디자인 룰에 따라 결정될 수 있다.A plurality of bit lines (BL) extending in the second direction D2 perpendicular to the word line WL may be formed on the word line WL. A plurality of bit lines BL may extend parallel to each other. The bit lines BL may be arranged at regular intervals. The width of the bit lines BL or the interval between the bit lines BL may be determined according to design rules.

제4 방향(DR4)은 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2) 및 제3 방향(DR3)과 직교할 수 있다. 제4 방향(DR4)는 기판(100)의 두께 방향일 수 있다. The fourth direction DR4 may be orthogonal to the first direction DR1 , the second direction DR2 , and the third direction DR3 . The fourth direction DR4 may be a thickness direction of the substrate 100 .

몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는 셀 활성 영역(ACT) 상에 다양한 컨택 배열들이 형성될 수 있다. 다양한 컨택 배열은 예를 들어, 다이렉트 컨택(Direct Contact: DC), 매몰 컨택(Buried Contact: BC), 및 랜딩 패드(Landing Pad: LP) 등을 포함할 수 있다. In the semiconductor device according to some embodiments, various contact arrangements may be formed on the cell active region ACT. Various contact arrangements may include, for example, direct contacts (DC), buried contacts (BC), and landing pads (LP).

여기서, 다이렉트 컨택(DC)은 셀 활성 영역(ACT)을 비트 라인(BL)에 전기적으로 연결시키는 컨택을 의미할 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 셀 활성 영역(ACT)을 커패시터의 하부 전극(도 4의 191)에 연결시키는 컨택을 의미할 수 있다. 배치 구조상, 매몰 컨택(BC)과 셀 활성 영역(ACT)의 접촉 면적이 작을 수 있다. 그에 따라, 셀 활성 영역(ACT)과 접촉 면적을 확대하는 것과 함께 커패시터의 하부 전극(도 4의 191)과의 접촉 면적 확대를 위해, 도전성의 랜딩 패드(LP)가 도입될 수 있다. Here, the direct contact DC may refer to a contact electrically connecting the cell active region ACT to the bit line BL. The buried contact BC may refer to a contact connecting the cell active region ACT to the lower electrode ( 191 of FIG. 4 ) of the capacitor. Due to the layout structure, a contact area between the buried contact BC and the cell active region ACT may be small. Accordingly, the conductive landing pad LP may be introduced to increase the contact area with the cell active region ACT and the lower electrode ( 191 of FIG. 4 ) of the capacitor.

랜딩 패드(LP)는 셀 활성 영역(ACT)과 매몰 컨택(BC) 사이에 배치될 수도 있고, 매몰 컨택(BC)과 커패시터의 하부 전극(도 4의 191) 사이에 배치될 수도 있다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 랜딩 패드(LP)는 매몰 컨택(BC)과 커패시터의 하부 전극 사이에 배치될 수 있다. 랜딩 패드(LP)의 도입을 통해 접촉 면적을 확대함으로써, 셀 활성 영역(ACT)과 커패시터 하부 전극 사이의 컨택 저항이 감소될 수 있다.The landing pad LP may be disposed between the cell active region ACT and the buried contact BC, or may be disposed between the buried contact BC and the lower electrode ( 191 of FIG. 4 ) of the capacitor. In the semiconductor device according to some embodiments, the landing pad LP may be disposed between the buried contact BC and the lower electrode of the capacitor. Contact resistance between the cell active region ACT and the lower electrode of the capacitor may be reduced by increasing the contact area through introduction of the landing pad LP.

다이렉트 컨택(DC)은 비트 라인 연결 영역(103a)과 연결될 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 스토리지 연결 영역(103b)과 연결될 수 있다. 매몰 컨택(BC)이 셀 활성 영역(ACT)의 양 끝단 부분으로 배치됨에 따라, 랜딩 패드(LP)는 셀 활성 영역(ACT)의 양 끝단에 인접하여 매몰 컨택(BC)과 일부 오버랩되게 배치될 수 있다. 다르게 설명하면, 매몰 컨택(BC)은 인접하는 워드 라인(WL) 사이와, 인접하는 비트 라인(BL) 사이에 있는 셀 활성 영역(ACT) 및 셀 소자 분리막(도 4의 105)과 중첩되도록 형성될 수 있다. The direct contact DC may be connected to the bit line connection region 103a. The buried contact BC may be connected to the storage connection area 103b. As the buried contact BC is disposed at both ends of the cell active area ACT, the landing pad LP is disposed adjacent to both ends of the cell active area ACT and partially overlaps the buried contact BC. can In other words, the buried contact BC is formed to overlap the cell active region ACT and the cell element isolation layer ( 105 in FIG. 4 ) between adjacent word lines WL and adjacent bit lines BL. It can be.

워드 라인(WL)은 기판(100) 내에 매몰된 구조로 형성될 수 있다. 워드 라인(WL)은 다이렉트 컨택(DC)이나 매몰 컨택(BC) 사이의 셀 활성 영역(ACT)을 가로질러 배치될 수 있다. 도시된 것과 같이, 2개의 워드 라인(WL)이 하나의 셀 활성 영역(ACT)을 가로지르도록 배치될 수 있다. 셀 활성 영역(ACT)이 제3 방향(D3)을 따라 연장됨으로써, 워드 라인(WL)은 셀 활성 영역(ACT)과 90도 미만의 각도를 가질 수 있다.The word line WL may be formed in a structure buried in the substrate 100 . The word line WL may be disposed across the cell active region ACT between the direct contact DC or the buried contact BC. As shown, two word lines WL may be arranged to cross one cell active region ACT. As the cell active region ACT extends along the third direction D3 , the word line WL may have an angle of less than 90 degrees with the cell active region ACT.

다이렉트 컨택(DC) 및 매몰 컨택(BC)은 대칭적으로 배치될 수 있다. 이로 인해, 다이렉트 컨택(DC) 및 매몰 컨택(BC)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)를 따라 일 직선 상에 배치될 수 있다. 한편, 다이렉트 컨택(DC) 및 매몰 컨택(BC)과 달리, 랜딩 패드(LP)는 비트 라인(BL)이 연장하는 제2 방향(D2)으로 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 또한, 랜딩 패드(LP)는 워드 라인(WL)이 연장하는 제1 방향(D1)으로는 각 비트 라인(BL)의 동일한 측면 부분과 오버랩되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 라인의 랜딩 패드(LP) 각각은 대응하는 비트 라인(BL)의 왼쪽 측면과 오버랩되고, 두 번째 라인의 랜딩 패드(LP) 각각은 대응하는 비트 라인(BL)의 오른쪽 측면과 오버랩될 수 있다.The direct contact (DC) and the buried contact (BC) may be symmetrically disposed. Due to this, the direct contact DC and the buried contact BC may be disposed on a straight line along the first and second directions D1 and D2. Meanwhile, unlike the direct contact DC and the buried contact BC, the landing pad LP may be arranged in a zigzag shape in the second direction D2 in which the bit line BL extends. Also, the landing pad LP may be disposed to overlap the same lateral portion of each bit line BL in the first direction D1 in which the word line WL extends. For example, each of the landing pads LP of the first line overlaps the left side of the corresponding bit line BL, and each of the landing pads LP of the second line overlaps the right side of the corresponding bit line BL. may overlap with

도 8 내지 도 12를 참고하면, 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는 복수의 셀 게이트 구조체(110)와, 복수의 비트 라인 구조체(140ST)와, 복수의 스토리지 컨택(120)과, 복수의 비트라인 컨택(146)과, 정보 저장부(190)를 포함할 수 있다. 8 to 12 , a semiconductor device according to some embodiments includes a plurality of cell gate structures 110, a plurality of bit line structures 140ST, a plurality of storage contacts 120, and a plurality of bits. A line contact 146 and an information storage unit 190 may be included.

기판(100)은 실리콘 기판 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 이와 달리, 기판(100)은 실리콘게르마늄, SGOI(silicon germanium on insulator), 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The substrate 100 may be a silicon substrate or a silicon-on-insulator (SOI). Alternatively, the substrate 100 may include silicon germanium, silicon germanium on insulator (SGOI), indium antimonide, lead tellurium compound, indium arsenide, indium phosphide, gallium arsenide, or gallium antimonide, but is not limited thereto. .

셀 소자 분리막(105)은 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 셀 소자 분리막(105)은 우수한 소자 분리 특성을 갖는 STI(shallow trench isolation) 구조를 가질 수 있다. 셀 소자 분리막(105)은 메모리 셀 영역 내에 셀 활성 영역(ACT)을 정의할 수 있다. The cell device isolation layer 105 may be formed in the substrate 100 . The cell device isolation layer 105 may have a shallow trench isolation (STI) structure having excellent device isolation characteristics. The cell element isolation layer 105 may define the cell active region ACT within the memory cell region.

셀 소자 분리막(105)에 의해 정의된 셀 활성 영역(ACT)는 도 8 및 도 9에서 도시된 것과 같이 단축과 장축을 포함하는 긴 아일랜드 형성을 가질 수 있다. 셀 활성 영역(ACT)은 셀 소자 분리막(105) 내에 형성되는 워드 라인(WL)에 대하여 90도 미만의 각도를 갖도록 사선 형태를 가질 수 있다. 또한, 셀 활성 영역(ACT)는 셀 소자 분리막(105) 상에 형성되는 비트 라인(BL)에 대하여 90도 미만의 각도를 갖도록 사선 형태를 가질 수 있다. As shown in FIGS. 8 and 9 , the cell active region ACT defined by the cell element isolation layer 105 may have a long island including a short axis and a long axis. The cell active region ACT may have an oblique shape to have an angle of less than 90 degrees with respect to the word line WL formed in the cell device isolation layer 105 . In addition, the cell active region ACT may have an oblique shape to have an angle of less than 90 degrees with respect to the bit line BL formed on the cell device isolation layer 105 .

셀 게이트 구조체(110)는 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 내에 형성될 수 있다. 셀 게이트 구조체(110)는 셀 소자 분리막(105) 및 셀 소자 분리막(105)에 의해 정의된 셀 활성 영역(ACT)를 가로질러 형성될 수 있다. The cell gate structure 110 may be formed in the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 . The cell gate structure 110 may be formed across the cell device isolation layer 105 and the cell active region ACT defined by the cell device isolation layer 105 .

셀 게이트 구조체(110)는 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 내에 형성된다. 셀 게이트 구조체(110)는 셀 게이트 트렌치(115)와, 셀 게이트 절연층(111)과, 셀 게이트 전극(112)과, 셀 게이트 캡핑 패턴(113)과, 셀 게이트 캡핑 도전막(114)을 포함할 수 있다. The cell gate structure 110 is formed within the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 . The cell gate structure 110 includes a cell gate trench 115, a cell gate insulating layer 111, a cell gate electrode 112, a cell gate capping pattern 113, and a cell gate capping conductive layer 114. can include

여기에서, 셀 게이트 전극(112)은 워드 라인(WL)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 셀 게이트 전극(112)은 도 1의 워드 라인(WL)일 수 있다. 도시된 것과 달리, 셀 게이트 구조체(110)는 셀 게이트 캡핑 도전막(114)을 포함하지 않을 수 있다.Here, the cell gate electrode 112 may correspond to the word line WL. For example, the cell gate electrode 112 may be the word line WL of FIG. 1 . Unlike shown, the cell gate structure 110 may not include the cell gate capping conductive layer 114 .

도시되지 않았지만, 셀 게이트 트렌치(115)는 셀 소자 분리막(105) 내에서 상대적으로 깊고, 셀 활성 영역(ACT)들 내에서 상대적으로 얕을 수 있다. 워드 라인(WL)의 바닥면은 굴곡질 수 있다. 즉, 셀 소자 분리막(105)에서 셀 게이트 트렌치(115)의 깊이는 셀 활성 영역(ACT)에서 셀 게이트 트렌치(115)의 깊이보다 클 수 있다. Although not shown, the cell gate trench 115 may be relatively deep within the cell device isolation layer 105 and relatively shallow within the cell active regions ACT. A bottom surface of the word line WL may be curved. That is, the depth of the cell gate trench 115 in the cell device isolation layer 105 may be greater than the depth of the cell gate trench 115 in the cell active region ACT.

셀 게이트 절연층(111)은 셀 게이트 트렌치(115)의 측벽 및 바닥면을 따라 연장될 수 있다. 셀 게이트 절연층(111)은 셀 게이트 트렌치(115)의 적어도 일부의 프로파일을 따라 연장될 수 있다. The cell gate insulating layer 111 may extend along sidewalls and bottom surfaces of the cell gate trench 115 . The cell gate insulating layer 111 may extend along the profile of at least a portion of the cell gate trench 115 .

셀 게이트 절연층(111)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전 상수를 갖는 고유전율 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고유전율 물질은 예를 들어, 보론 질화물(boron nitride), 하프늄 산화물(hafnium oxide), 하프늄 실리콘 산화물(hafnium silicon oxide), 하프늄 알루미늄 산화물(hafnium aluminum oxide), 란타늄 산화물(lanthanum oxide), 란타늄 알루미늄 산화물(lanthanum aluminum oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 지르코늄 실리콘 산화물(zirconium silicon oxide), 탄탈륨 산화물(tantalum oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 바륨 스트론튬 티타늄 산화물(barium strontium titanium oxide), 바륨 티타늄 산화물(barium titanium oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(strontium titanium oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 알루미늄 산화물(aluminum oxide), 납 스칸듐 탄탈륨 산화물(lead scandium tantalum oxide), 납 아연 니오브산염(lead zinc niobate) 및 이들의 조합 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The cell gate insulating layer 111 may include, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a high-k material having a higher dielectric constant than silicon oxide. The high dielectric constant material is, for example, boron nitride, hafnium oxide, hafnium silicon oxide, hafnium aluminum oxide, lanthanum oxide, lanthanum aluminum oxide (lanthanum aluminum oxide), zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide (barium titanium oxide), strontium titanium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, lead scandium tantalum oxide, lead zinc niobate and At least one of these combinations may be included.

셀 게이트 전극(112)은 셀 게이트 절연층(111) 상에 배치될 수 있다. 셀 게이트 전극(112)은 셀 게이트 트렌치(115)의 일부를 채울 수 있다. 셀 게이트 캡핑 도전막(114)은 셀 게이트 전극(112)의 상면을 따라 연장될 수 있다. The cell gate electrode 112 may be disposed on the cell gate insulating layer 111 . The cell gate electrode 112 may partially fill the cell gate trench 115 . The cell gate capping conductive layer 114 may extend along the upper surface of the cell gate electrode 112 .

셀 게이트 전극(112)은 금속, 금속 합금, 도전성 금속 질화물, 도전성 금속 탄질화물, 도전성 금속 탄화물, 금속 실리사이드, 도핑된 반도체 물질, 도전성 금속 산질화물 및 도전성 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 셀 게이트 전극(112)는 예를 들어, TiN, TaC, TaN, TiSiN, TaSiN, TaTiN, TiAlN, TaAlN, WN, Ru, TiAl, TiAlC-N, TiAlC, TiC, TaCN, W, Al, Cu, Co, Ti, Ta, Ni, Pt, Ni-Pt, Nb, NbN, NbC, Mo, MoN, MoC, WC, Rh, Pd, Ir, Ag, Au, Zn, V, RuTiN, TiSi, TaSi, NiSi, CoSi, IrOx, RuOx 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The cell gate electrode 112 may include at least one of a metal, a metal alloy, a conductive metal nitride, a conductive metal carbonitride, a conductive metal carbide, a metal silicide, a doped semiconductor material, a conductive metal oxynitride, and a conductive metal oxide. The cell gate electrode 112 may be, for example, TiN, TaC, TaN, TiSiN, TaSiN, TaTiN, TiAlN, TaAlN, WN, Ru, TiAl, TiAlC-N, TiAlC, TiC, TaCN, W, Al, Cu, Co , Ti, Ta, Ni, Pt, Ni-Pt, Nb, NbN, NbC, Mo, MoN, MoC, WC, Rh, Pd, Ir, Ag, Au, Zn, V, RuTiN, TiSi, TaSi, NiSi, CoSi , IrOx, RuOx, and combinations thereof, but is not limited thereto.

셀 게이트 캡핑 도전막(114)은 예를 들어, 폴리 실리콘, 폴리 실리콘-게르마늄, 비정질 실리콘 및 비정질 실리콘-게르마늄 중 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The cell gate capping conductive layer 114 may include, for example, one of polysilicon, polysilicon-germanium, amorphous silicon, and amorphous silicon-germanium, but is not limited thereto.

셀 게이트 캡핑 패턴(113)은 셀 게이트 전극(112) 및 셀 게이트 캡핑 도전막(114) 상에 배치될 수 있다. 셀 게이트 캡핑 패턴(113)은 셀 게이트 전극(112) 및 셀 게이트 캡핑 도전막(114)이 형성되고 남은 셀 게이트 트렌치(115)를 채울 수 있다. 셀 게이트 절연층(111)은 셀 게이트 캡핑 패턴(113)의 측벽을 따라 연장되는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The cell gate capping pattern 113 may be disposed on the cell gate electrode 112 and the cell gate capping conductive layer 114 . The cell gate capping pattern 113 may fill the cell gate trench 115 remaining after the cell gate electrode 112 and the cell gate capping conductive layer 114 are formed. The cell gate insulating layer 111 is illustrated as extending along the sidewall of the cell gate capping pattern 113, but is not limited thereto.

셀 게이트 캡핑 패턴(113)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 탄질화물(SiCN), 실리콘 산탄질화물(SiOCN) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The cell gate capping pattern 113 may include, for example, silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), silicon oxide (SiO 2 ), silicon carbonitride (SiCN), silicon oxycarbonitride (SiOCN), and combinations thereof. may contain at least one.

도 12에서, 셀 게이트 캡핑 패턴(113)의 상면은 셀 소자 분리막(105)의 상면과 동일 평면에 놓이는 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In FIG. 12 , the upper surface of the cell gate capping pattern 113 is shown to be on the same plane as the upper surface of the cell device isolation layer 105 , but is not limited thereto.

셀 게이트 구조체(110)의 적어도 일측에는 불순물 도핑 영역이 형성될 수 있다. 불순물 도핑 영역은 트랜지스터의 소오스/드레인 영역일 수 있다. 불순물 도핑 영역은 도 8의 스토리지 연결 부분(103b) 및 비트 라인 연결 부분(103a)에 형성될 수 있다. An impurity doped region may be formed on at least one side of the cell gate structure 110 . The impurity doped region may be a source/drain region of the transistor. An impurity doped region may be formed in the storage connection part 103b and the bit line connection part 103a of FIG. 8 .

도 8에서, 각 워드 라인(WL)과, 이에 인접한 비트 라인 연결 부분(103a) 및 스토리지 연결 부분(103b)을 포함하는 트랜지스터가 NMOS일 경우, 스토리지 연결 부분(103b) 및 비트 라인 연결 부분(103a)은 도핑된 n형의 불순물, 예를 들어, 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) 및 비스무트(Bi) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각 워드 라인(WL)과, 이에 인접한 비트 라인 연결 부분(103a) 및 스토리지 연결 부분(103b)을 포함하는 트랜지스터가 PMOS일 경우, 스토리지 연결 부분(103b) 및 비트 라인 연결 부분(103a)은 도핑된 p형의 불순물, 예를 들어, 붕소(B)를 포함할 수 있다. In FIG. 8 , when the transistor including each word line WL and the adjacent bit line connection part 103a and storage connection part 103b is NMOS, the storage connection part 103b and the bit line connection part 103a ) may include at least one of doped n-type impurities, for example, phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi). When the transistor including each word line WL and the adjacent bit line connection part 103a and storage connection part 103b is a PMOS, the storage connection part 103b and the bit line connection part 103a are doped It may contain a p-type impurity, for example, boron (B).

비트 라인 구조체(140ST)는 제2 방향(DR2)으로 형성될 수 있다. 비트 라인 구조체(140ST)는 셀 도전 라인(140)과, 셀 라인 캡핑막(144)과, 비트 라인 스페이서(150)를 포함할 수 있다. The bit line structure 140ST may be formed in the second direction DR2 . The bit line structure 140ST may include a cell conductive line 140 , a cell line capping layer 144 , and a bit line spacer 150 .

셀 도전 라인(140)은 셀 게이트 구조체(110)가 형성된 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 상에 배치될 수 있다. 셀 도전 라인(140)은 셀 소자 분리막(105) 및 셀 소자 분리막(105)에 의해 정의된 셀 활성 영역(ACT)과 교차할 수 있다. 셀 도전 라인(140)은 셀 게이트 구조체(110)와 교차되도록 형성될 수 있다. 여기에서, 셀 도전 라인(140)은 비트 라인(BL)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 셀 도전 라인(140)은 도 1의 비트 라인(BL)일 수 있다.The cell conductive line 140 may be disposed on the substrate 100 on which the cell gate structure 110 is formed and the cell device isolation layer 105 . The cell conductive line 140 may cross the cell device isolation layer 105 and the cell active region ACT defined by the cell device isolation layer 105 . The cell conductive line 140 may be formed to cross the cell gate structure 110 . Here, the cell conductive line 140 may correspond to the bit line BL. For example, the cell conductive line 140 may be the bit line BL of FIG. 1 .

셀 도전 라인(140)은 예를 들어, 불순물이 도핑된 반도체 물질, 도전성 실리사이드 화합물, 도전성 금속 질화물, 2차원 물질(Two-dimensional(2D) material), 금속 및 금속 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치에서, 2차원 물질은 금속성 물질 및/또는 반도체 물질일 수 있다. 2차원 물질(2D material)은 2차원 동소체(allotrope) 또는 2차원 화합물(compound)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 그래핀(graphene), 몰리브덴 이황화물(MoS2), 몰리브덴 디셀레나이드(MoSe2), 텅스텐 디셀레나이드(WSe2), 텅스텐 이황화물(WS2), 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상술한 2차원 물질은 예시적으로 열거되었을 뿐이므로, 본 발명의 반도체 메모리 장치에 포함될 수 있는 2차원 물질은 상술한 물질에 의해 제한되지 않는다. The cell conductive line 140 may include, for example, at least one of a semiconductor material doped with impurities, a conductive silicide compound, a conductive metal nitride, a two-dimensional (2D) material, a metal, and a metal alloy. there is. In a semiconductor memory device according to some embodiments, the 2D material may be a metallic material and/or a semiconductor material. The 2D material may include a 2D allotrope or a 2D compound, for example, graphene, molybdenum disulfide (MoS2), and molybdenum diselenide (MoSe). 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), but may include at least one of, but is not limited thereto. That is, since the above two-dimensional materials are only listed as examples, the two-dimensional materials that may be included in the semiconductor memory device of the present invention are not limited by the above materials.

셀 도전 라인(140)은 단일막인 것으로 도시되었지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 도시된 것과 달리, 셀 도전 라인(140)은 도전 물질이 적층된 복수의 도전막을 포함할 수 있다.Although the cell conductive line 140 is illustrated as a single layer, it is only for convenience of explanation, and is not limited thereto. That is, unlike shown, the cell conductive line 140 may include a plurality of conductive layers in which conductive materials are stacked.

셀 라인 캡핑막(144)은 셀 도전 라인(140) 상에 배치될 수 있다. 셀 라인 캡핑막(144)은 셀 도전 라인(140)의 상면을 따라 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 셀 라인 캡핑막(144)은 예를 들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화물, 실리콘 탄질화물 및 실리콘 산탄질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The cell line capping layer 144 may be disposed on the cell conductive line 140 . The cell line capping layer 144 may extend in the second direction DR2 along the upper surface of the cell conductive line 140 . The cell line capping layer 144 may include, for example, at least one of a silicon nitride layer, silicon oxynitride, silicon carbonitride, and silicon oxycarbonitride.

몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치에서, 셀 라인 캡핑막(144)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 셀 라인 캡핑막(144)은 단일막인 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. In a semiconductor memory device according to some embodiments, the cell line capping layer 144 may include a silicon nitride layer. Although the cell line capping layer 144 is illustrated as a single layer, it is not limited thereto.

비트 라인 스페이서(150)는 셀 도전 라인(140) 및 셀 라인 캡핑막(144)의 측벽 상에 배치될 수 있다. 비트 라인 스페이서(150)는 제2 방향(DR2)으로 길게 연장된다. The bit line spacer 150 may be disposed on sidewalls of the cell conductive line 140 and the cell line capping layer 144 . The bit line spacer 150 extends long in the second direction DR2 .

비트 라인 스페이서(150)는 단일막인 것으로 도시되었지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 도시된 것과 달리, 비트 라인 스페이서(150)은 다중막 구조를 가질 수 있음은 물론이다. 비트 라인 스페이서(150)는 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막(SiON), 실리콘 산탄질화막(SiOCN), 에어(air) 및 이들의 조합을 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Although the bit line spacer 150 is illustrated as being a single layer, it is only for convenience of description and is not limited thereto. That is, unlike the drawing, the bit line spacer 150 may have a multilayer structure. The bit line spacer 150 may include, for example, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer (SiON), a silicon oxycarbonitride layer (SiOCN), air, or a combination thereof, but is limited thereto. It is not.

셀 절연막(130)은 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 상에 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 셀 절연막(130)은 비트 라인 컨택(146) 및 스토리지 컨택(120)이 형성되지 않은 기판(100) 및 셀 소자 분리막의 상면(105US) 상에 형성될 수 있다. 셀 절연막(130)은 기판(100) 및 셀 도전 라인(140) 사이와, 셀 소자 분리막(105) 및 셀 도전 라인(140) 사이에 형성될 수 있다. The cell insulating film 130 may be formed on the substrate 100 and the cell device isolation film 105 . More specifically, the cell insulating layer 130 may be formed on the upper surface 105US of the cell device isolation layer and the substrate 100 on which the bit line contact 146 and the storage contact 120 are not formed. The cell insulating film 130 may be formed between the substrate 100 and the cell conductive line 140 and between the cell element isolation film 105 and the cell conductive line 140 .

셀 절연막(130)은 단일막일 수 있으나, 도시된 것처럼, 셀 절연막(130)은 제1 셀 절연막(131) 및 제2 셀 절연막(132)을 포함하는 다중막일 수도 있다. 예를 들어, 제1 셀 절연막(131)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있고, 제2 셀 절연막(132)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 셀 절연막(130)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 포함하는 삼중막일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The cell insulating film 130 may be a single film, but as shown, the cell insulating film 130 may be a multi-layer including a first cell insulating film 131 and a second cell insulating film 132 . For example, the first cell insulating layer 131 may include a silicon oxide layer, and the second cell insulating layer 132 may include a silicon nitride layer, but is not limited thereto. Unlike the drawing, the cell insulating layer 130 may be a triple layer including a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxide layer, but is not limited thereto.

비트 라인 컨택(146)은 셀 도전 라인(140)과 기판(100) 사이에 형성될 수 있다. 셀 도전 라인(140)은 비트 라인 컨택(146) 상에 배치될 수 있다. The bit line contact 146 may be formed between the cell conductive line 140 and the substrate 100 . Cell conductive line 140 may be disposed on bit line contact 146 .

비트 라인 컨택(146)은 셀 활성 영역(ACT)의 비트 라인 연결 부분(103a)과, 셀 도전 라인(140) 사이에 형성될 수 있다. 비트 라인 컨택(146)은 셀 도전 라인(140)과 기판(100)을 전기적으로 연결할 수 있다. 비트 라인 컨택(146)은 비트 라인 연결 부분(103a)과 연결될 수 있다.The bit line contact 146 may be formed between the bit line connection portion 103a of the cell active region ACT and the cell conductive line 140 . The bit line contact 146 may electrically connect the cell conductive line 140 and the substrate 100 . The bit line contact 146 may be connected to the bit line connection portion 103a.

비트 라인 컨택(146)은 셀 도전 라인(140)과 연결된 상면을 포함할 수 있다. 비트 라인 컨택(146)의 상면에서 멀어짐에 따라, 비트 라인 컨택(146)의 제1 방향(DR1)으로의 폭이 일정한 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. The bit line contact 146 may include a top surface connected to the cell conductive line 140 . Although it is illustrated that the width of the bit line contact 146 in the first direction DR1 is constant as it moves away from the upper surface of the bit line contact 146, this is only for convenience of explanation, but is not limited thereto.

비트 라인 컨택(146)은 다이렉트 컨택(DC)에 대응될 수 있다. 비트 라인 컨택(146)은 예를 들어, 불순물이 도핑된 반도체 물질, 도전성 금속 실리사이드, 도전성 금속 질화물, 도전성 금속 산화물, 금속 및 금속 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The bit line contact 146 may correspond to the direct contact (DC). The bit line contact 146 may include, for example, at least one of a semiconductor material doped with impurities, a conductive metal silicide, a conductive metal nitride, a conductive metal oxide, a metal, and a metal alloy.

비트 라인 컨택(146)이 형성된 셀 도전 라인(140) 부분에서, 비트 라인 스페이서(150)는 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 상에 형성될 수 있다. 비트 라인 스페이서(150)는 셀 도전 라인(140), 셀 라인 캡핑막(144) 및 비트 라인 컨택(146)의 측벽 상에서 배치될 수 있다.In a portion of the cell conductive line 140 where the bit line contact 146 is formed, the bit line spacer 150 may be formed on the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 . The bit line spacer 150 may be disposed on sidewalls of the cell conductive line 140 , the cell line capping layer 144 , and the bit line contact 146 .

비트 라인 컨택(146)이 형성되지 않은 셀 도전 라인(140)의 나머지 부분에서, 비트 라인 스페이서(150)는 셀 절연막(130) 상에 배치될 수 있다. 비트 라인 스페이서(150)는 셀 도전 라인(140) 및 셀 라인 캡핑막(144)의 측벽 상에서 배치될 수 있다.In the remaining portion of the cell conductive line 140 where the bit line contact 146 is not formed, the bit line spacer 150 may be disposed on the cell insulating layer 130 . The bit line spacer 150 may be disposed on sidewalls of the cell conductive line 140 and the cell line capping layer 144 .

펜스 패턴(170)은 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 상에 형성될 수 있다. 펜스 패턴(170)은 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105) 내에 형성된 셀 게이트 구조체(110)와 중첩되도록 형성될 수 있다. The fence pattern 170 may be formed on the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 . The fence pattern 170 may be formed to overlap the cell gate structure 110 formed in the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 .

펜스 패턴(170)은 제2 방향(D2)으로 연장되는 비트 라인 구조체(140ST) 사이에 배치될 수 있다. 펜스 패턴(170)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The fence pattern 170 may be disposed between the bit line structures 140ST extending in the second direction D2 . The fence pattern 170 may include, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and combinations thereof.

스토리지 컨택(120)은 셀 활성 영역(ACR)의 제2 부분(103b) 상에 형성될 수 있다. 스토리지 컨택(120)은 제1 방향(D1)으로 인접하는 셀 도전 라인(140) 사이에 배치될 수 있다. 스토리지 컨택(120)은 셀 도전 라인(140)의 양측에 배치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 스토리지 컨택(120)은 비트 라인 구조체(140ST) 사이에 배치될 수 있다. 스토리지 컨택(120)은 제2 방향(D2)으로 인접하는 펜스 패턴(170) 사이에 배치될 수 있다. The storage contact 120 may be formed on the second portion 103b of the cell active region ACR. The storage contact 120 may be disposed between adjacent cell conductive lines 140 in the first direction D1 . The storage contact 120 may be disposed on both sides of the cell conductive line 140 . More specifically, the storage contact 120 may be disposed between the bit line structures 140ST. The storage contact 120 may be disposed between adjacent fence patterns 170 in the second direction D2 .

스토리지 컨택(120)은 인접하는 셀 도전 라인(140) 사이의 기판(100) 및 셀 소자 분리막(105)과 중첩될 수 있다. 스토리지 컨택(120)은 셀 활성 영역(ACT)과 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 스토리지 컨택(120)은 스토리지 연결 부분(103b)과 연결될 수 있다. 여기에서, 스토리지 컨택(120)은 도 1의 매몰 컨택(BC)에 대응될 수 있다. The storage contact 120 may overlap the substrate 100 and the cell device isolation layer 105 between adjacent cell conductive lines 140 . The storage contact 120 may be connected to the cell active area ACT. More specifically, the storage contact 120 may be connected to the storage connection part 103b. Here, the storage contact 120 may correspond to the buried contact BC of FIG. 1 .

스토리지 컨택(120)은 예를 들어, 불순물이 도핑된 반도체 물질, 도전성 실리사이드 화합물, 도전성 금속 질화물 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The storage contact 120 may include, for example, at least one of a semiconductor material doped with impurities, a conductive silicide compound, a conductive metal nitride, and a metal.

스토리지 패드(160)는 스토리지 컨택(120) 상에 형성될 수 있다. 스토리지 패드(160)는 스토리지 컨택(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 셀 활성 영역(ACT)의 스토리지 연결 부분(103b)과 연결될 수 있다. 여기에서, 스토리지 패드(160)는 랜딩 패드(LP)에 대응될 수 있다.The storage pad 160 may be formed on the storage contact 120 . The storage pad 160 may be electrically connected to the storage contact 120 . It may be connected to the storage connection portion 103b of the cell active area ACT. Here, the storage pad 160 may correspond to the landing pad LP.

스토리지 패드(160)는 비트 라인 구조체(140ST)의 상면의 일부와 중첩될 수 있다. 스토리지 패드(160)는 예를 들어, 도전성 금속 질화물, 도전성 금속 탄화물, 금속 및 금속 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The storage pad 160 may overlap a portion of the upper surface of the bit line structure 140ST. The storage pad 160 may include, for example, at least one of a conductive metal nitride, a conductive metal carbide, a metal, and a metal alloy.

패드 분리 절연막(180)은 스토리지 패드(160) 및 비트 라인 구조체(140ST) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 패드 분리 절연막(180)은 셀 라인 캡핑막(144) 상에 배치될 수 있다. 패드 분리 절연막(180)은 복수의 고립 영역을 형성하는 스토리지 패드(160)를 정의할 수 있다. 패드 분리 절연막(180)은 스토리지 패드의 상면(160US)을 덮지 않을 수 있다. 예를 들어, 기판(100)의 상면을 기준으로, 스토리지 패드의 상면(160US)의 높이는 패드 분리 절연막(180)의 상면의 높이와 동일할 수 있다.The pad isolation insulating layer 180 may be formed on the storage pad 160 and the bit line structure 140ST. For example, the pad isolation insulating layer 180 may be disposed on the cell line capping layer 144 . The pad isolation insulating layer 180 may define storage pads 160 forming a plurality of isolation regions. The pad separation insulating layer 180 may not cover the upper surface 160US of the storage pad. For example, with respect to the top surface of the substrate 100 , the height of the top surface 160US of the storage pad may be the same as the height of the top surface of the pad isolation insulating layer 180 .

패드 분리 절연막(180)은 절연성 물질을 포함하고, 복수의 스토리지 패드(160)를 서로 전기적으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 패드 분리 절연막(180)은 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 실리콘 산탄질화막 및 실리콘 탄질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The pad separation insulating layer 180 may include an insulating material and electrically separate the plurality of storage pads 160 from each other. For example, the pad isolation insulating layer 180 may include, for example, at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, a silicon oxycarbonitride layer, and a silicon carbonitride layer.

식각 정지막(165)은 스토리지 패드의 상면(160US) 및 패드 분리 절연막(180)의 상면 상에 배치될 수 있다. 식각 정지막(165)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 탄질화물(SiCN), 실리콘 산탄질화물(SiOCN), 실리콘산탄화물(SiOC) 및 실리콘 붕소질화물(SiBN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The etch stop layer 165 may be disposed on the upper surface 160US of the storage pad and the upper surface of the pad isolation insulating layer 180 . The etch stop layer 165 may include, for example, at least one of silicon nitride (SiN), silicon carbonitride (SiCN), silicon oxycarbonitride (SiOCN), silicon oxycarbide (SiOC), and silicon boron nitride (SiBN). can

정보 저장부(190)는 스토리지 패드(160) 상에 형성될 수 있다. 정보 저장부(190)는 스토리지 패드(160)와 연결된다. 정보 저장부(190)의 일부는 식각 정지막(165) 내에 배치될 수 있다. The information storage unit 190 may be formed on the storage pad 160 . The information storage unit 190 is connected to the storage pad 160 . A portion of the information storage unit 190 may be disposed within the etch stop layer 165 .

정보 저장부(190)는 예를 들어, 커패시터를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 정보 저장부(190)는 하부 전극(191)과, 커패시터 유전막(192)과, 상부 전극(193)을 포함한다. 예를 들어, 상부 전극(193)은 플레이트 형태를 갖는 플레이트 상부 전극일 수 있다.The information storage unit 190 may include, for example, a capacitor, but is not limited thereto. The information storage unit 190 includes a lower electrode 191 , a capacitor dielectric layer 192 , and an upper electrode 193 . For example, the upper electrode 193 may be a plate upper electrode having a plate shape.

하부 전극(191)은 스토리지 패드(160) 상에 배치될 수 있다. 하부 전극(191)은 예를 들어, 필라 형상을 가질 수 있다. The lower electrode 191 may be disposed on the storage pad 160 . The lower electrode 191 may have, for example, a pillar shape.

커패시터 유전막(192)은 하부 전극(191) 상에 형성된다. 커패시터 유전막(192)은 하부 전극(191)의 프로파일을 따라 형성될 수 있다. 상부 전극(193)은 커패시터 유전막(192) 상에 형성된다. 상부 전극(193)은 하부 전극(191)의 외측벽을 감쌀 수 있다. 상부 전극(193)은 단일막인 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.A capacitor dielectric layer 192 is formed on the lower electrode 191 . The capacitor dielectric layer 192 may be formed along the profile of the lower electrode 191 . The upper electrode 193 is formed on the capacitor dielectric layer 192 . The upper electrode 193 may cover an outer wall of the lower electrode 191 . Although the upper electrode 193 is shown as a single layer, it is only for convenience of explanation, and is not limited thereto.

하부 전극(191) 및 상부 전극(193)은 각각 예를 들어, 도핑된 반도체 물질, 도전성 금속 질화물(예를 들어, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 나이오븀 질화물 또는 텅스텐 질화물 등), 금속(예를 들어, 루세늄, 이리듐, 티타늄 또는 탄탈륨 등), 및 도전성 금속 산화물(예를 들어, 이리듐 산화물 또는 나이오븀 산화물 등) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The lower electrode 191 and the upper electrode 193 may each be formed of, for example, a doped semiconductor material, a conductive metal nitride (eg, titanium nitride, tantalum nitride, niobium nitride, or tungsten nitride), or a metal (eg, titanium nitride, tantalum nitride, or tungsten nitride). , ruthenium, iridium, titanium or tantalum, etc.), and conductive metal oxides (eg, iridium oxide or niobium oxide, etc.), but are not limited thereto.

커패시터 유전막(192)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 고유전율 물질 및 이들의 조합 중에서 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치에서, 커패시터 유전막(192)은 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 알루미늄 산화물(aluminum oxide) 및 지르코늄 산화물(zirconium oxide)이 순차적으로 적층된 적층막 구조를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치에서, 커패시터 유전막(192)은 하프늄(Hf)을 포함하는 유전막을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치에서, 커패시터 유전막(192)은 강유전체 물질막과 상유전체 물질막의 적층막 구조를 가질 수 있다.The capacitor dielectric layer 192 may include, for example, one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, high-k materials, and combinations thereof, but is not limited thereto. In the semiconductor memory device according to some embodiments, the capacitor dielectric layer 192 may include a multilayer structure in which zirconium oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide are sequentially stacked. . In a semiconductor memory device according to some embodiments, the capacitor dielectric layer 192 may include a dielectric layer containing hafnium (Hf). In a semiconductor memory device according to some embodiments, the capacitor dielectric layer 192 may have a stacked structure of a ferroelectric material layer and a paraelectric material layer.

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 the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can realize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

110: 셀 게이트 구조체 111: 셀 게이트 절연층
112: 셀 게이트 전극 113: 셀 게이트 캡핑 패턴
114: 셀 게이트 캡핑 도전막 115: 셀 게이트 트렌치
120: 스토리지 컨택 140ST: 비트 라인 구조체
160: 스토리지 패드 190: 정보 저장부
110: cell gate structure 111: cell gate insulating layer
112 cell gate electrode 113 cell gate capping pattern
114: cell gate capping conductive film 115: cell gate trench
120: storage contact 140ST: bit line structure
160: storage pad 190: information storage unit

Claims (10)

기판 내에 트렌치를 형성하고,
상기 트렌치의 측벽 및 바닥면을 따라, 실리콘 산화물을 포함하는 제1 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고,
상기 제1 프리 셀 게이트 절연층에 실리콘(Si) 이온을 주입하여 제2 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고,
상기 제2 프리 셀 게이트 절연층에 큐어링(curing) 공정을 수행하여, 셀 게이트 절연층을 형성하는 것을 포함하는, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
forming a trench in the substrate;
forming a first free-cell gate insulating layer including silicon oxide along sidewalls and a bottom surface of the trench;
forming a second free cell gate insulating layer by implanting silicon (Si) ions into the first free cell gate insulating layer;
and forming a cell gate insulating layer by performing a curing process on the second free cell gate insulating layer.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프리 셀 게이트 절연층을 형성하는 것은,
원자층 증착 공정(ALD)을 이용하여 형성하는, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 1,
Forming the first free cell gate insulating layer,
A method of manufacturing a semiconductor memory device formed using an atomic layer deposition process (ALD).
제1 항에 있어서,
상기 큐어링 공정은, 래디컬 산소(radical oxygen) 및 열(heat)을 공급하는, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 1,
Wherein the curing process supplies radical oxygen and heat.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프리 셀 게이트 절연층의 식각률(etch rate)은 상기 셀 게이트 절연층의 식각률보다 큰, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 1,
The method of claim 1 , wherein an etch rate of the first free cell gate insulating layer is greater than that of the cell gate insulating layer.
제1 항에 있어서,
상기 제1 프리 셀 게이트 절연층의 두께는 상기 셀 게이트 절연층의 두께보다 작은, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 1,
The method of claim 1 , wherein a thickness of the first free cell gate insulating layer is smaller than a thickness of the cell gate insulating layer.
제1 항에 있어서,
상기 셀 게이트 절연층의 실리콘 산화물의 밀도는 상기 제1 프리 셀 게이트 절연층의 실리콘 산화물의 밀도보다 큰, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 1,
The method of claim 1 , wherein a density of silicon oxide in the cell gate insulating layer is greater than a density of silicon oxide in the first free cell gate insulating layer.
제1 항에 있어서,
상기 제2 프리 셀 게이트 절연층을 형성한 이후에,
상기 제2 프리 셀 게이트 절연층 상에 셀 게이트 전극, 셀 게이트 캡핑 도전막 및 셀 게이트 캡핑 패턴을 순차적으로 형성하는 것을 포함하는, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 1,
After forming the second free cell gate insulating layer,
and sequentially forming a cell gate electrode, a cell gate capping conductive layer, and a cell gate capping pattern on the second pre-cell gate insulating layer.
소자 분리막에 의해 정의된 활성 영역을 포함하는 기판을 제공하고,
상기 기판 및 상기 소자 분리막 내에, 제1 방향으로 연장되는 트렌치를 형성하고,
원자층 증착 공정(ALD)을 이용하여 상기 트렌치의 측벽 및 바닥면을 따라, 실리콘 산화물을 포함하는 제1 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고,
상기 제1 프리 셀 게이트 절연층에 실리콘(Si) 이온을 주입하여 제2 프리 셀 게이트 절연층을 형성하고,
상기 제2 프리 셀 게이트 절연층에 큐어링(curing) 공정을 수행하고,
상기 제2 프리 셀 게이트 절연층 상에 셀 게이트 전극, 셀 게이트 캡핑 도전막 및 셀 게이트 캡핑 패턴을 순차적으로 형성하여 셀 게이트 구조체를 형성하고,
상기 활성 영역은 상기 셀 게이트 전극에 의해 상기 활성 영역의 제1 부분 및 상기 활성 영역의 제2 부분으로 구분되고,
상기 기판 상에, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 비트 라인 구조체를 형성하고,
상기 활성 영역의 제2 부분 상에 스토리지 컨택을 형성하고,
상기 스토리지 컨택 상에, 스토리지 패드를 형성하고,
상기 스토리지 패드 상에 커패시터를 형성하는 것을 포함하는, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
Providing a substrate including an active region defined by a device isolation film;
forming a trench extending in a first direction in the substrate and the device isolation film;
Forming a first free cell gate insulating layer including silicon oxide along sidewalls and a bottom surface of the trench using an atomic layer deposition process (ALD);
forming a second free cell gate insulating layer by implanting silicon (Si) ions into the first free cell gate insulating layer;
performing a curing process on the second free cell gate insulating layer;
forming a cell gate structure by sequentially forming a cell gate electrode, a cell gate capping conductive layer, and a cell gate capping pattern on the second free cell gate insulating layer;
The active region is divided into a first part of the active region and a second part of the active region by the cell gate electrode;
Forming a bit line structure on the substrate in a second direction different from the first direction;
forming a storage contact on a second portion of the active region;
forming a storage pad on the storage contact;
A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising forming a capacitor on the storage pad.
제8 항에 있어서,
상기 제1 프리 셀 게이트 절연층의 식각률(etch rate)은 상기 셀 게이트 절연층의 식각률보다 큰, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 8,
The method of claim 1 , wherein an etch rate of the first free cell gate insulating layer is greater than that of the cell gate insulating layer.
제8 항에 있어서,
상기 셀 게이트 절연층의 실리콘 산화물의 밀도는 상기 제1 프리 셀 게이트 절연층의 실리콘 산화물의 밀도보다 큰, 반도체 메모리 장치 제조 방법.
According to claim 8,
The method of claim 1 , wherein a density of silicon oxide in the cell gate insulating layer is greater than a density of silicon oxide in the first free cell gate insulating layer.
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