KR20240059521A - Sub-nano unit data storage memory device using nanofins and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20240059521A
KR20240059521A KR1020230078118A KR20230078118A KR20240059521A KR 20240059521 A KR20240059521 A KR 20240059521A KR 1020230078118 A KR1020230078118 A KR 1020230078118A KR 20230078118 A KR20230078118 A KR 20230078118A KR 20240059521 A KR20240059521 A KR 20240059521A
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nanofins
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서정진
이준희
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조를 설계하여 초고집적 고효율 특성을 갖도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 커패시터가, 제 1 크기의 높이와 제 1 크기보다 작은 제 2 크기의 두께를 갖는 나노 핀 구조의 하부 전극;나노 핀 구조의 하부 전극의 내측에 상부 방향이 오픈되는 형태로 제 1 크기의 높이 보다 작은 높이의 위치에 바닥면을 갖고 형성되는 트렌치 영역의 측면 및 바닥면에 형성되는 유전체층;하부 전극과 유전체층을 사이에 두고, 트렌치 영역에 매립 형성되는 상부 전극;을 포함하는 것이다.The present invention relates to a sub-nano-level information storage memory device using nanofins and a manufacturing method thereof, designed to have ultra-high integration and high efficiency characteristics by designing a new cell structure using sub-nano-level information storage materials. The capacitor of the information storage memory device is a lower electrode of a nanofin structure having a height of a first size and a thickness of a second size smaller than the first size; It includes a dielectric layer formed on the side and bottom surfaces of a trench area formed with a bottom surface at a height less than 1 size; an upper electrode embedded in the trench area with the lower electrode and the dielectric layer interposed therebetween; .

Description

나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법{Sub-nano unit data storage memory device using nanofins and method for manufacturing the same}Sub-nano unit data storage memory device using nanofins and method for manufacturing the same}

본 발명은 초고집적 고효율 메모리 장치에 관한 것으로, 구체적으로 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조를 설계하여 초고집적 고효율 특성을 갖도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-highly integrated, high-efficiency memory device, and specifically, a sub-nano-level information storage memory device using nanofins to have ultra-highly integrated, high-efficiency characteristics by designing a new cell structure using a sub-nano-level information storage material, and a method of manufacturing the same. It's about.

2018년 이후로 반도체 집적회로가 직면한 평면상의 스케일에 대처하기 위한 노력은 크게 두 가지로 대별할 수 있다.Efforts to cope with the two-dimensional scale faced by semiconductor integrated circuits since 2018 can be broadly divided into two types.

첫째는 새로운 패터닝 기법을 개발하여 소자의 크기를 아주 작게 만드는 More Moore 접근 방식이다. 둘째는 평면 차원을 탈피하여 수직방향으로 소자구성 층위를 3차원으로 적층하는 More than Moore 방식이다.The first is the More Moore approach, which develops a new patterning technique and makes the device size very small. The second is the More than Moore method, which breaks away from the flat dimension and stacks the device composition layers in a three-dimensional direction in the vertical direction.

첫째의 대표적인 경우로는 EUV 공정을 들 수 있다. 이 방식에서는 기본적으로 패턴 소형화가 핵심이며, 이에 관련된 광원, 포토레지스트, 마스크, 펠리클 개발이 주요한 토픽이다.The first representative case is the EUV process. In this method, pattern miniaturization is basically the key, and the development of light sources, photoresists, masks, and pellicles related to this are major topics.

둘째의 경우는 흔히 3차원(3D) 집적화로 일컫는다.The second case is commonly referred to as three-dimensional (3D) integration.

한편, 반도체 및 전자 소자의 로드맵을 발표하는 IEEE 산하 IRDS(International Roadmap for Devices and Systems)에서는 2020 보고에서 미래의 빅데이터, 클라우드, IoT 모빌리티 등에 효과적으로 대응하기 위하여 소자 측면에서 요구되는 PPAC 기준을 제안하였다.Meanwhile, the IEEE's International Roadmap for Devices and Systems (IRDS), which announces roadmaps for semiconductors and electronic devices, proposed PPAC standards required in terms of devices to effectively respond to future big data, cloud, IoT mobility, etc. in its 2020 report. .

PPAC는 각각 Performance, Power, Area, Cost의 첫 글자를 모은 약어이다. PPAC is an abbreviation that combines the first letters of Performance, Power, Area, and Cost.

최근에는 딥러닝과 인공감각과 같이 고속으로 대용량의 자료를 처리해야 하는 응용분야가 많아짐에 따라 PPAC 요구사항은 점점 중요하게 대두되고 있다.Recently, as the number of application fields that require processing large amounts of data at high speeds, such as deep learning and artificial sensation, has increased, PPAC requirements have become increasingly important.

이를 구현하기 위한 중요한 기술로 극자외선 패터닝 기술, 게이트 올 어라운드(GAA: Gate All Around) 구조와 3D 집적화가 제시/시연되었다.Extreme ultraviolet patterning technology, Gate All Around (GAA) structure, and 3D integration were presented and demonstrated as important technologies for realizing this.

현재, 평면상의 기하학적 스케일링 기술적 한계들이 여러 가지 요소에서 등장하기 시작하였다. 대표적으로 채널의 길이가 10nm 이하로 매우 짧아지면서 숏채널 효과가 주된 소자 작동 장애로 등장하기 시작하였다. 이와 관련한 스위칭 소자의 On/Off 및 문턱전압 이하 스윙(Subthreshold Swing) 등의 특성을 조절하기가 어려워졌다.Currently, technological limitations in planar geometric scaling have begun to emerge from various factors. For example, as the channel length became very short, below 10 nm, the short channel effect began to appear as a major device operation failure. In this regard, it has become difficult to control characteristics such as on/off and subthreshold swing of switching elements.

이와 같은 기술적 한계를 극복하기 위한 대응으로 소재 및 구조 측면에서 극복기술이 제시되었다. 대표적으로 HfO2나 ZrO2 같은 고유전율 게이트 절연막, 비평면구조의 FinFET, 채널에 응력을 인가하는 Strained Channel 등이 제시되었다.In response to overcoming these technical limitations, overcoming technologies were presented in terms of materials and structures. Representative examples include high dielectric constant gate insulating films such as HfO 2 or ZrO 2 , FinFETs with non-planar structures, and Strained Channels that apply stress to the channel.

또한, 기술적 한계를 극복하기 위한 대응으로 소재 및 구조 측면에서의 연구 개발이 계속되고 있다.In addition, research and development in terms of materials and structures continues in response to overcome technological limitations.

일 예로, 기존 DRAM 제품 개발은 회로 선폭을 줄여 집적도를 높이는 데 초점을 맞췄지만 선폭이 10㎚대로 들어오면서 커패시터의 전류 누출과 간섭 등 물리적 한계가 크게 늘었다. 이를 막기 위해 고유전율(하이K) 증착 물질, 극자외선(EUV) 등 신소재 및 장비가 도입됐음에도 반도체 업계에서는 10나노 이하 미세화에는 큰 어려움이 뒤따를 것으로 보고 있다.For example, the development of existing DRAM products focused on increasing integration by reducing the circuit line width, but as the line width entered the 10 nm range, physical limitations such as current leakage and interference from capacitors increased significantly. Although new materials and equipment, such as high dielectric constant (high K) deposition materials and extreme ultraviolet (EUV), have been introduced to prevent this, the semiconductor industry predicts that there will be great difficulties in miniaturization below 10 nanometers.

따라서, 기존 패러다임을 깨는 새로운 구조의 3D DRAM 등의 메모리 칩이 제시되고 있다.Therefore, memory chips such as 3D DRAM with a new structure that breaks the existing paradigm are being proposed.

일 예로, 도 1에서와 같은 INTEL 3D DRAM 모델이 제안되고 있다.As an example, an INTEL 3D DRAM model as shown in Figure 1 is being proposed.

인텔의 1T-MC 구조는,Intel's 1T-MC structure is,

BCAT 트랜지스터 위에 PL1/insulation/PL2/insulation/PL3/insulation/PL4 의 4층을 쌓고, hole을 파서 hole 벽에 ALD로 HZO(AFE 박막)을 증착하고, Top electrode를 만들고, 아래 BCAT와 연결시킨 구조이다.A structure where 4 layers of PL1/insulation/PL2/insulation/PL3/insulation/PL4 are stacked on top of the BCAT transistor, a hole is dug, HZO (AFE thin film) is deposited on the wall of the hole by ALD, a top electrode is created, and connected to the BCAT below. am.

그러나 이 구조는 단순하다는 이점이 있지만, 충분한 전하량 저장을 위해 PL metal의 두께가 충분히 두껍게 증착되어야 하는 구조적인 한계가 있는데, 이와 같은 구조는 제조 비용 상승 및 균일도 저하의 문제가 있다.However, although this structure has the advantage of being simple, there is a structural limitation that the PL metal must be deposited sufficiently thick to store sufficient charge, and this structure has problems of increased manufacturing costs and reduced uniformity.

따라서, 초고집적 고효율 특성을 갖는 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop technology for a new cell structure using subnano-level information storage materials with ultra-high integration and high efficiency characteristics.

대한민국 공개특허 제10-2022-0146336호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2022-0146336 대한민국 공개특허 제10-2021-0098834호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0098834 대한민국 공개특허 제10-2022-0156434호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2022-0156434

본 발명은 종래 기술의 메모리 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조를 설계하여 초고집적 고효율 특성을 갖도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is intended to solve the problems of memory devices of the prior art, and is a sub-nano-level information storage memory device using nanofins that has ultra-high integration and high efficiency characteristics by designing a new cell structure using sub-nano-level information storage materials, and the same. The purpose is to provide a manufacturing method.

본 발명은 Scale free 박막 소재를 적용하여 서브-나노 스케일 커패시터를 설계하고, 제조 공정에서 상업화 공정과의 유사성을 유지하여 제조 비용 측면에서 유리하고 생산성 및 소자 특성 확보에 유리하도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention designs a sub-nano scale capacitor by applying a scale-free thin film material, and maintains similarity to the commercialization process in the manufacturing process, making it advantageous in terms of manufacturing cost and securing productivity and device characteristics. The purpose is to provide a nanoscale information storage memory device and a manufacturing method thereof.

본 발명은 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 구현하여 나노 와이어에 비해 높이가 마이크로 수준을 갖고 저저항 특성을 갖는 나노 전극을 EUV 공정을 사용하지 않고 제작 가능하도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention implements a multi-capacitor with a nanofin structure, allowing nanoelectrodes with micro-level height and low resistance characteristics compared to nanowires to be manufactured without using the EUV process, and sub-nano unit information storage using nanofins. The purpose is to provide a memory device and a manufacturing method thereof.

본 발명은 trench sidewall에 ALD 증착을 통해서 나노 단위 핀을 만들고, 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 수직 적층이 아닌 수평 중첩 형태로 제작하여, 수백 나노 두께의 메탈 층 형성 및 두꺼운 메탈에 hole을 형성하는 공정 없이도 멀티 커패시터 개수를 증가시켜 더 높은 수준의 메모리 용량을 확보할 수 있도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention creates nanoscale fins through ALD deposition on the trench sidewall, and manufactures multi-capacitors with nanofin structures in a horizontally overlapping form rather than vertically stacked, forming a metal layer with a thickness of hundreds of nanometers and forming a hole in the thick metal. The purpose is to provide a sub-nano unit information storage memory device using nanofins and a manufacturing method thereof that can secure a higher level of memory capacity by increasing the number of multi-capacitors without processing.

본 발명은 수평 중첩 형태의 멀티 커패시터를 수직으로 다단 적층하여 더 높은 수준의 메모리 용량 확보에 유리하도록 한 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a sub-nano unit information storage memory device using nanofins, which is advantageous in securing a higher level of memory capacity by vertically stacking horizontally overlapping multi-capacitors, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 커패시터가, 제 1 크기의 높이와 제 1 크기보다 작은 제 2 크기의 두께를 갖는 나노 핀 구조의 하부 전극;나노 핀 구조의 하부 전극의 내측에 상부 방향이 오픈되는 형태로 제 1 크기의 높이 보다 작은 높이의 위치에 바닥면을 갖고 형성되는 트렌치 영역의 측면 및 바닥면에 형성되는 유전체층;하부 전극과 유전체층을 사이에 두고, 트렌치 영역에 매립 형성되는 상부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the subnano unit information storage memory device using nanopins according to the present invention has a capacitor of the subnano unit information storage memory device using nanopins, the height of the first size and the first size smaller than the first size. A lower electrode of a nanofin structure having a thickness of a second size; A trench area formed inside the lower electrode of the nanofin structure with a bottom surface at a height smaller than the height of the first size in a form that is open in the upper direction. It is characterized in that it includes a dielectric layer formed on the side and bottom surfaces; an upper electrode embedded in the trench area with the lower electrode and the dielectric layer interposed therebetween.

여기서, 어느 하나의 나노 핀 구조의 하부 전극에는, 내측에 각각 분리되는 형태로 복수개의 트렌치 영역들이 형성되어 복수개의 커패시터가 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the lower electrode of one nanofin structure is characterized in that a plurality of trench regions are formed in a separate form on the inside to form a plurality of capacitors.

그리고 각각의 트렌치 영역에 형성되는 각각의 커패시터 상부 전극은 서로 다른 셀 선택 트랜지스터의 드레인에 연결되는 것을 특징으로 한다.Additionally, the upper electrode of each capacitor formed in each trench region is connected to the drain of a different cell selection transistor.

그리고 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 커패시터는, 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.And the capacitor of the sub-nano unit information storage memory device using nanofins is characterized by having an overlapping structure that is repeated in the horizontal direction.

그리고 용량을 증대시키기 위하여, 나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층들이 수직 방향으로 반복 적층되는 것을 특징으로 한다.In order to increase capacity, the nanofin-structured capacitors are characterized in that layers having an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction are repeatedly stacked in the vertical direction.

그리고 나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층은 BCAT(Buried Channel Array Transistor)를 포함하는 기판상에 형성되는 것을 특징으로 한다.And the layer having an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction is formed on a substrate including a Buried Channel Array Transistor (BCAT).

그리고 어느 하나의 하부 전극을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들은 각각 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 한다.In addition, a plurality of capacitors that form a pair with one lower electrode as a common electrode are each driven independently.

그리고 어느 하나의 하부 전극을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들을 구성하기 위하여, 나노 핀 구조의 하부 전극의 내측에 각각 분리되는 형태로 복수개의 트렌치 영역들이 형성되고, 각각의 트렌치 영역에 유전체층과 상부 전극들이 형성되어 상부 전극들이 서로 다른 셀 선택 트랜지스터의 드레인에 연결되고 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되는 것을 특징으로 한다.In order to construct a plurality of capacitors that form a pair with one lower electrode as a common electrode, a plurality of separate trench regions are formed inside the lower electrode of the nano-fin structure, and a dielectric layer is formed in each trench region. and upper electrodes are formed, the upper electrodes are connected to the drains of different cell selection transistors, and the cell is selected by selective driving of the word line (W/L) and the bit line (B/L).

그리고 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되고, 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 어느 하나의 하부 전극을 선택하여 구동하면 전압차이에 의해 그 사이의 유전체층이 분극을 일으키고, 이웃하는 다른 커패시터들은 셀 선택 트랜지스터가 닫혀있어 유전체층이 영향을 받지 않는 것을 특징으로 한다.Then, a cell is selected by selectively driving the word line (W/L) and bit line (B/L), and when one lower electrode having a horizontally repeated overlapping structure is selected and driven, the cell is selected and driven by the voltage difference. The dielectric layer in between causes polarization, and the cell selection transistor of other neighboring capacitors is closed, so the dielectric layer is not affected.

그리고 선택된 셀의 동작시에 선택되지 않은 다른 셀의 하부 전극을 구성하는 나노 핀들은 플로팅 상태인 것을 특징으로 한다.Additionally, when the selected cell is in operation, the nanofins constituting the lower electrodes of other unselected cells are characterized in that they are in a floating state.

그리고 유전체층은, AFE(Antiferroelectric) 필름 또는 FE(Ferroelectric) 필름을 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 증착 형성하는 것을 특징으로 한다.And the dielectric layer is characterized by depositing an AFE (Antiferroelectric) film or FE (Ferroelectric) film through an ALD (Atomic Layer Deposition) process.

그리고 유전체층은, ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 증착 형성되는 HfO2 박막인 것을 특징으로 한다.And the dielectric layer is characterized as an HfO 2 thin film deposited through an ALD (Atomic Layer Deposition) process.

그리고 HfO2 박막의 강유전성을 이용하여 Fe-RAM 비휘발성 메모리를 구성하거나, HfO2 박막의 반강유전성을 이용하여 DRAM 휘발성 메모리를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, Fe-RAM non-volatile memory is constructed using the ferroelectricity of the HfO 2 thin film, or DRAM volatile memory is constructed using the antiferroelectricity of the HfO 2 thin film.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법은 다층 구조 물질층을 형성하고, 일정 깊이 식각하여 제 1 방향 커패시터 형성 영역을 정의하는 단계;제 1 방향 커패시터 형성 영역에 절연 물질층을 채우고, 상부 전면에 상부 스페이서층을 형성하는 단계;상부 스페이서층이 형성된 다층 구조 물질층을 식각하여 제 1 방향과 수직한 제 2 방향 커패시터 형성 영역을 정의하는 단계;제 2 방향 커패시터 형성 영역에 나노핀 형성 물질층을 형성하는 단계;제 2 방향 커패시터 형성 영역에 절연 물질층을 채우고, 제 1 방향 커패시터 형성 영역의 노출된 절연 물질층을 제거하여 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시키는 단계;노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 유전체층을 형성하고, 상부 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a sub-nano unit information storage memory device using nanofins according to the present invention for achieving another purpose includes the steps of forming a multi-layer structure material layer and etching it to a certain depth to define a first direction capacitor formation area; Filling the directional capacitor formation area with an insulating material layer and forming an upper spacer layer on the entire upper surface; Etching the multilayer structure material layer on which the upper spacer layer is formed to define a second directional capacitor formation area perpendicular to the first direction. ; Forming a nanofin forming material layer in the second direction capacitor forming area; Filling the second direction capacitor forming area with an insulating material layer and removing the exposed insulating material layer in the first direction capacitor forming area to form a nanofin forming material. It is characterized in that it includes the step of exposing the side of the layer; forming a dielectric layer on the side of the exposed nanofin forming material layer and forming an upper electrode layer.

여기서, 나노핀 형성 물질층을 형성하는 단계는, ALD (Atomic Laver Deposition) 공정으로 TiN과 Al2O3을 제 2 방향 커패시터 형성 영역의 바닥면 및 측면에 교대로 반복 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Here, the step of forming the nanofin forming material layer is characterized by forming TiN and Al 2 O 3 alternately and repeatedly on the bottom and side surfaces of the second direction capacitor formation area through an ALD (Atomic Laver Deposition) process. do.

그리고 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시키는 단계에서, 윈도우 습식 식각(Window wet etch) 공정으로 제 1 방향 커패시터 형성 영역의 노출된 절연 물질층을 제거하여 유전체층 및 코어 노드를 형성하기 위한 오픈 영역을 정의하여 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시키는 것을 특징으로 한다.In the step of exposing the side of the nanofin forming material layer, the exposed insulating material layer in the first direction capacitor forming area is removed using a window wet etch process to create an open area for forming a dielectric layer and a core node. It is characterized by exposing the side of the nanofin forming material layer.

그리고 노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 유전체층을 형성하는 단계에서, 노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 HfO2 박막을 증착하여 유전체층을 형성하는 것을 특징으로 한다.And in the step of forming a dielectric layer on the side of the exposed nanofin forming material layer, the dielectric layer is formed by depositing an HfO 2 thin film on the exposed side of the nanofin forming material layer through an ALD (Atomic Layer Deposition) process. .

그리고 상부 전극층을 형성하는 단계를 진행하고, 제 2 방향 커패시터 형성 영역의 중앙부에 컨택홀을 형성하고, 컨택홀내에 하부의 BCAT와 연결 컨택 금속층을 채우는 단계와, 잔류하는 상부 스페이서층 및 하부의 절연막을 제거하고, 노출된 나노핀 형성 물질층을 제거하여 각각의 나노핀을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Then, the step of forming an upper electrode layer is performed, forming a contact hole in the center of the second direction capacitor formation area, filling the contact hole with the lower BCAT and connection contact metal layer, and forming the remaining upper spacer layer and lower insulating film. and further comprising the step of separating each nanofin by removing the exposed nanofin forming material layer.

그리고 분리된 나노핀은 각각의 커패시터의 하부 전극이 되어 각각 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 한다.And the separated nanofins become the lower electrodes of each capacitor and are driven independently.

그리고 다층 구조 물질층을 형성하고, 일정 깊이 식각하여 제 1 방향 커패시터 형성 영역을 형성하고, 제 1 방향 커패시터 형성 영역에 절연 물질층을 채우고, 상부 전면에 상부 스페이서층을 형성하는 단계를 반복하고, 제 1 방향과 수직한 제 2 방향 커패시터 형성 영역을 정의하는 단계를 진행하여 나노핀 구조의 커패시터들이 형성되는 층을 수직 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.Then, the steps of forming a multi-layered structure material layer, etching to a certain depth to form a first direction capacitor formation area, filling the first direction capacitor formation area with an insulating material layer, and forming an upper spacer layer on the entire upper surface are repeated. A step of defining a second direction capacitor formation area perpendicular to the first direction is performed to form a layer in which nanofin-structured capacitors are formed in a vertically stacked structure.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the sub-nano unit information storage memory device using nanofins and its manufacturing method according to the present invention have the following effects.

첫째, 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조를 설계하여 초고집적 고효율 특성을 갖는 메모리 장치를 제공한다.First, a new cell structure using sub-nanoscale information storage materials is designed to provide a memory device with ultra-high integration and high efficiency characteristics.

둘째, Scale free 박막 소재를 적용하여 서브-나노 스케일 커패시터를 설계하고, 제조 공정에서 상업화 공정과의 유사성을 유지하여 제조 비용 측면에서 유리하고 생산성 및 소자 특성 확보에 유리하도록 한다.Second, scale-free thin film materials are applied to design sub-nanoscale capacitors, and the manufacturing process maintains similarity to the commercialization process, making it advantageous in terms of manufacturing cost and securing productivity and device characteristics.

셋째, 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 구현하여 나노 와이어에 비해 높이가 마이크로 수준을 갖고 저저항 특성을 갖는 나노 전극을 EUV 공정을 사용하지 않고 제작 가능하도록 한다.Third, by implementing a multi-capacitor with a nanofin structure, nanoelectrodes with micro-level height and low resistance characteristics compared to nanowires can be manufactured without using the EUV process.

넷째, trench sidewall에 ALD 증착을 통해서 나노 단위 핀을 만들고, 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 수직 적층이 아닌 수평 중첩 형태로 제작하여, 수백 나노 두께의 메탈 층 형성 및 두꺼운 메탈에 hole을 형성하는 공정 없이도 멀티 커패시터 개수를 증가시켜 더 높은 수준의 메모리 용량을 확보할 수 있도록 한다.Fourth, a process of creating nanoscale fins through ALD deposition on the trench sidewall and manufacturing multi-capacitors with nanofin structures in a horizontally overlapping form rather than vertically stacked, forming a metal layer hundreds of nanometers thick and forming holes in the thick metal. By increasing the number of multi-capacitors, a higher level of memory capacity can be secured.

다섯째, 수평 중첩 형태의 멀티 커패시터를 수직으로 다단 적층하여 더 높은 수준의 메모리 용량 확보에 유리하도록 한다.Fifth, it is advantageous to secure a higher level of memory capacity by vertically stacking multi-capacitors in the form of horizontal overlap.

도 1은 INTEL 3D DRAM 모델 구성도
도 2는 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터의 일 예를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터의 제조 공정 개념을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 1T-MC 어레이 기본 구조도
도 5a와 도 5b는 1T-3C 구조의 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 회로 구성 및 동작 파형도
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터를 적용한 Fe-RAM 및 DRAM의 동작 원리를 나타낸 구성도
도 7a 내지 도 7o는 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 공정 단면도
도 8a 내지 도 8q는 다단 구조의 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 공정 단면도
Figure 1 is an INTEL 3D DRAM model configuration diagram
Figure 2 is a configuration diagram showing an example of a capacitor with a nanofin structure according to the present invention.
Figure 3 is a configuration diagram showing the manufacturing process concept of a capacitor with a nanofin structure according to the present invention.
Figure 4 is a basic structural diagram of a 1T-MC array of a sub-nano unit information storage memory device using nanopins according to the present invention.
5A and 5B are circuit configuration and operation waveform diagrams of a 1T-3C structure sub-nano unit information storage memory device.
Figures 6a and 6b are configuration diagrams showing the operating principles of Fe-RAM and DRAM using a capacitor with a nanofin structure according to the present invention.
7A to 7O are cross-sectional process diagrams of a sub-nano unit information storage memory device using nanofins according to the present invention.
8A to 8Q are cross-sectional process views of a sub-nano unit information storage memory device using nanofins in a multi-stage structure according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the sub-nano unit information storage memory device using nanofins and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The characteristics and advantages of the sub-nano unit information storage memory device using nanofins and the manufacturing method thereof according to the present invention will become apparent through the detailed description of each embodiment below.

도 2는 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터의 일 예를 나타낸 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram showing an example of a capacitor with a nanofin structure according to the present invention.

본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in this disclosure are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in this disclosure, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention. Therefore, the terms used in this disclosure should be defined based on the meaning of the term and the overall content of this disclosure, rather than simply the name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When it is said that a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that, unless specifically stated to the contrary, it does not exclude other elements but may further include other elements.

본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법은 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조를 설계하여 초고집적 고효율 특성을 갖도록 한 것이다.The sub-nano unit information storage memory device using nanofins and its manufacturing method according to the present invention are designed to have ultra-high integration and high efficiency characteristics by designing a new cell structure using sub-nano unit information storage materials.

이를 위하여, 본 발명은 제조 비용 측면에서 유리하고 생산성 및 소자 특성 확보에 유리하도록 하기 위하여, Scale free 박막 소재를 적용하여 서브-나노 스케일 커패시터를 설계하고, 제조 공정에서 상업화 공정과의 유사성을 유지하는 구성을 포함할 수 있다.To this end, the present invention designs a sub-nanoscale capacitor by applying scale-free thin film materials in order to be advantageous in terms of manufacturing cost and secure productivity and device characteristics, and maintains similarity to the commercialization process in the manufacturing process. Configuration may be included.

본 발명은 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 구현하여 나노 와이어에 비해 높이가 마이크로 수준을 갖고 저저항 특성을 갖는 나노 전극을 EUV 공정을 사용하지 않고 제작 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.The present invention may include a configuration that implements a multi-capacitor with a nanofin structure so that a nanoelectrode with a micro-level height and low resistance characteristics compared to a nanowire can be manufactured without using an EUV process.

본 발명은 수백 나노 두께의 메탈 층 형성 및 두꺼운 메탈에 hole을 형성하는 공정 없이도 멀티 커패시터 개수를 증가시켜 더 높은 수준의 메모리 용량을 확보할 수 있도록 하기 위하여, trench sidewall에 ALD 증착을 통해서 나노 단위 핀을 만들고, 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 수직 적층이 아닌 수평 중첩 형태로 제작하는 구성을 포함할 수 있다.In order to secure a higher level of memory capacity by increasing the number of multi-capacitors without the process of forming a metal layer with a thickness of hundreds of nanometers and forming holes in the thick metal, the present invention creates nanoscale pins through ALD deposition on the trench sidewall. It may include manufacturing a multi-capacitor with a nanofin structure in a horizontally overlapping form rather than vertically stacked.

본 발명은 수평 중첩 형태의 멀티 커패시터를 수직으로 다단 적층하여 더 높은 수준의 메모리 용량 확보에 유리하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.The present invention may include a configuration that is advantageous in securing a higher level of memory capacity by vertically stacking multi-capacitors in the form of horizontal overlap.

본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터는 도 2에서와 같이, 제 1 크기의 높이와 제 1 크기보다 작은 제 2 크기의 두께를 갖는 나노 핀 구조의 하부 전극(100)과, 나노 핀 구조의 하부 전극(100)의 내측에 상부 방향이 오픈되는 형태로 제 1 크기의 높이 보다 작은 높이의 위치에 바닥면을 갖고 형성되는 트렌치 영역의 측면 및 바닥면에 형성되는 유전체층(300)과, 하부 전극(100)과 유전체층(300)을 사이에 두고, 트렌치 영역에 매립 형성되는 상부 전극(200)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the capacitor of the nanofin structure according to the present invention includes a lower electrode 100 of the nanofin structure having a height of a first size and a thickness of a second size smaller than the first size, and a lower electrode of the nanofin structure. A dielectric layer 300 formed on the side and bottom surfaces of the trench area, which is formed inside the electrode 100 in a form that is open in the upper direction and has a bottom surface at a height less than the height of the first size, and a lower electrode ( 100) and an upper electrode 200 formed to be buried in the trench area with the dielectric layer 300 interposed therebetween.

여기서, 나노핀 구조의 커패시터는 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖고. 어느 하나의 하부 전극(100)을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들은 각각 독립적으로 구동될 수 있다.Here, the nanofin-structured capacitor has an overlapping structure that is repeated in the horizontal direction. A plurality of capacitors that form a pair using one lower electrode 100 as a common electrode may be driven independently.

그리고 어느 하나의 하부 전극(100)을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들을 구성하기 위하여, 나노 핀 구조의 하부 전극(100)의 내측에 각각 분리되는 형태로 복수개의 트렌치 영역들이 형성되고, 각각의 트렌치 영역에 유전체층(300)과 상부 전극(200)들이 형성되어 서로 다른 셀 트랜지스터의 드레인에 연결되고 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택된다.In order to form a plurality of capacitors using one lower electrode 100 as a common electrode, a plurality of separate trench regions are formed inside the lower electrode 100 of the nano-fin structure, A dielectric layer 300 and an upper electrode 200 are formed in each trench area and connected to the drains of different cell transistors, and cells are selected by selective driving of the word line (W/L) and bit line (B/L). do.

워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되고, 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 어느 하나의 하부 전극(100)을 선택하여 ground 및 +-V를 주면, 전압차이에 의해 그 사이의 유전체층(300)이 분극을 일으키고, 이웃하는 다른 커패시터들은 셀 선택 트랜지스터가 닫혀있어 유전체층(300)이 영향을 받지 않는다.A cell is selected by selective driving of the word line (W/L) and bit line (B/L), and any one lower electrode 100 having a horizontally repeated overlapping structure is selected to connect ground and +-V. When given, the dielectric layer 300 therebetween is polarized due to the voltage difference, and the cell selection transistor of other neighboring capacitors is closed, so the dielectric layer 300 is not affected.

이때, 선택되지 않은 다른 하부 전극(100)을 구성하는 나노 핀들은 플로팅 상태이다.At this time, the nanofins constituting the other unselected lower electrode 100 are in a floating state.

그리고 메모리 용량을 증대시키기 위하여 나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층들이 수직 방향으로 반복 적층되는 것이다.And in order to increase memory capacity, layers having an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction are repeatedly stacked in the vertical direction.

그리고 나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층은 BCAT(Buried Channel Array Transistor)를 포함하는 기판상에 형성된다.And a layer having an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction is formed on a substrate containing a Buried Channel Array Transistor (BCAT).

그리고 유전체층(300)은 HfO2 박막이 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.And the dielectric layer 300 may be a HfO 2 thin film, but is not limited thereto.

규소가 첨가된 플루오라이트(fluorite) 산화막 구조인 HfO2 박막은 강유전성(ferroelectric, FE) 특성을 갖는다.The HfO 2 thin film, which is a fluorite oxide film structure to which silicon is added, has ferroelectric (FE) characteristics.

본 발명은 HfO2 박막을 유전체층으로 사용하여 새로운 3D DRAM 또는 비휘발성 강유전체 메모리(Ferroelectric Random Access Memory,FeRAM) 및 강유전성 전계 효과 트랜지스터(Ferroelectric Field Effect Transistor, FeFET) 등에 활용할 수 있도록 한 것이다.The present invention uses HfO 2 thin film as a dielectric layer so that it can be used in new 3D DRAM or non-volatile ferroelectric random access memory (FeRAM) and ferroelectric field effect transistor (FeFET).

기존 페로브스카이트 구조는 100nm 이하의 두께에서는 강유전성이 나타나지 않기 때문에 100nm 이상의 높은 두께가 요구 되는데 반해, 플루오라이트 구조인 HfO2 의 경우 상대적으로 높은 밴드갭 에너지(5.7ev)를 갖고, 10nm 수준의 얇은 두께에서도 강유전성 특성이 나타나고 있다. 이러한 얇은 두께의 박막 구현은 DRAM 캐패시터(capacitor), 적층형 구조등과 같은 3D 구조의 소자 집적화에 유리한 장점이라 할 수 있다.The existing perovskite structure does not exhibit ferroelectricity at a thickness of 100 nm or less, so a high thickness of 100 nm or more is required, whereas HfO 2 , a fluorite structure, has a relatively high bandgap energy (5.7ev) and a 10 nm level. Ferroelectric properties appear even at thin thickness. The implementation of such a thin film can be said to be an advantage in the integration of devices with 3D structures such as DRAM capacitors and stacked structures.

도 3은 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터의 제조 공정 개념을 나타낸 구성도이다.Figure 3 is a configuration diagram showing the manufacturing process concept of a capacitor with a nanofin structure according to the present invention.

도 3은 도 2에서와 같은 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터의 제작 개념을 설명하기 위한 것으로, 나노핀 구조의 커패시터의 제조 공정이 이로 제한되는 것은 아니다.Figure 3 is for explaining the manufacturing concept of the nanofin structure capacitor according to the present invention as shown in Figure 2, and the manufacturing process of the nanofin structure capacitor is not limited thereto.

공정은 절연 물질층에 멀티 커패시터 형성 영역을 정의하고, 나노핀 형성을 위하여 Pt와 Al2O3를 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 반복 층착하고, 커패시터 패터닝을 위한 트렌치 식각을 한다.The process defines a multi-capacitor formation area on the insulating material layer, repeatedly deposits Pt and Al 2 O 3 using an ALD (Atomic Layer Deposition) process to form nanofins, and performs trench etching for capacitor patterning.

이어, AFE(Antiferroelectric) 필름 또는 FE(Ferroelectric) 필름들 ALD 공정으로 증착하고, 트렌치 영역에 Top electrode를 만들어 capacitor를 완성한다.Next, AFE (Antiferroelectric) films or FE (Ferroelectric) films are deposited using the ALD process, and a top electrode is created in the trench area to complete the capacitor.

이와 같이 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터는 trench sidewall에 ALD 증착을 통해서 나노 단위 핀을 만드는 것이 핵심 공정이다.As such, the core process of the nanofin structure capacitor according to the present invention is to create nanoscale fins through ALD deposition on the trench sidewall.

이와 같은 공정으로 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 수직 적층이 아닌 수평 중첩 형태로 제작하여 현재 DRAM 보다 더 높은 수준의 용량을 만든다.Through this process, multi-capacitors with nanofin structures are manufactured in a horizontally stacked form rather than vertically stacked, creating a higher level of capacity than current DRAM.

도 4는 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 1T-MC 어레이 기본 구조도이다.Figure 4 is a basic structural diagram of a 1T-MC array of a sub-nano unit information storage memory device using nanopins according to the present invention.

어느 하나의 나노핀 구조의 하부 전극을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들을 구성하기 위하여, 나노 핀 구조의 하부 전극의 내측에 각각 분리되는 형태로 복수개의 트렌치 영역들이 형성되고, 각각의 트렌치 영역에 유전체층과 상부 전극들이 형성되고, 상부 전극들이 서로 다른 셀 선택 트랜지스터의 드레인에 연결되고 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되는 구조의 일 예를 나타낸 것이다.In order to construct a plurality of capacitors that form a pair using a lower electrode of a nanofin structure as a common electrode, a plurality of separate trench regions are formed inside the lower electrode of the nanofin structure, and each trench A structure in which a dielectric layer and an upper electrode are formed in an area, the upper electrodes are connected to the drains of different cell selection transistors, and cells are selected by selective driving of the word line (W/L) and bit line (B/L). It shows an example.

나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층은 BCAT(Buried Channel Array Transistor)를 포함하는 기판상에 형성되어 셀 선택을 위한 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L) 연결 구조를 나타낸 것이다.A layer with an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction is formed on a substrate containing a buried channel array transistor (BCAT), and is used to select a word line (W/L) and a bit line (B/L) for cell selection. ) It shows the connection structure.

도 5a와 도 5b는 1T-3C 구조의 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 회로 구성 및 동작 파형도이다.Figures 5a and 5b are circuit configuration and operation waveform diagrams of a sub-nano unit information storage memory device with a 1T-3C structure.

도 5a는 하부 전극을 구성하는 나노핀(PL)이 PL1, PL2, PL3의 나노핀 전극 3개가 있고, 각각의 전극에 2개의 제 1,2 커패시터가 만들어진 구조를 나타낸 것이다.Figure 5a shows a structure in which the nanofin (PL) constituting the lower electrode has three nanofin electrodes, PL1, PL2, and PL3, and two first and second capacitors are made at each electrode.

그리고 PL1의 제 1 커패시터, PL2의 제 1 커패시터, PL3의 제 1 커패시터의 상부 전극은 제 1 워드라인(WL1),비트라인(BL)의 셀 선택 트랜지스터에 연결되어 제 1 셀을 구성하고, PL1의 제 2 커패시터, PL2의 제 2 커패시터, PL3의 제 2 커패시터의 상부 전극은 제 2 워드라인(WL2),비트라인(BL)의 셀 선택 트랜지스터에 연결되어 제 2 셀을 구성하는 것을 나타낸 것이다.And the upper electrodes of the first capacitor of PL1, the first capacitor of PL2, and the first capacitor of PL3 are connected to the cell selection transistors of the first word line (WL1) and the bit line (BL) to form a first cell, and PL1 The upper electrodes of the second capacitor of , the second capacitor of PL2, and the second capacitor of PL3 are connected to the cell selection transistors of the second word line (WL2) and the bit line (BL) to form a second cell.

워드라인(WL1)(WL2) 및 비트라인(BL)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되고, 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 어느 하나의 하부 전극(PL1, PL2, PL3)을 선택하여 ground 및 +-V를 주면, 전압차이에 의해 그 사이의 유전체층이 분극을 일으키고, 이웃하는 다른 커패시터들은 셀 선택트랜지스터가 닫혀있어 유전체층이 영향을 받지 않는다.A cell is selected by selectively driving the word line (WL1) (WL2) and the bit line (BL), and any one of the lower electrodes (PL1, PL2, PL3) having a horizontally repeated overlapping structure is selected to ground and When +-V is applied, the dielectric layer between them is polarized due to the voltage difference, and the cell selection transistor of other neighboring capacitors is closed, so the dielectric layer is not affected.

이때, 선택되지 않은 다른 하부 전극을 구성하는 나노 핀들은 플로팅 상태이다.At this time, nanofins constituting other unselected lower electrodes are in a floating state.

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 나노핀 구조의 커패시터를 적용한 Fe-RAM 및 DRAM의 동작 원리를 나타낸 구성도이다.Figures 6a and 6b are configuration diagrams showing the operating principles of Fe-RAM and DRAM using a capacitor with a nanofin structure according to the present invention.

도 6a는 HfO2 박막의 강유전성을 이용하여 Fe-RAM 비휘발성 메모리를 구성하는 경우의 나노핀 구조의 커패시터 동작 특성을 나타낸 것이다.Figure 6a shows the capacitor operating characteristics of the nanofin structure when constructing an Fe-RAM non-volatile memory using the ferroelectricity of the HfO 2 thin film.

도 6b는 HfO2 박막의 반강유전성을 이용하여 DRAM 휘발성 메모리를 구성하는 경우의 나노핀 구조의 커패시터 동작 특성을 나타낸 것이다.Figure 6b shows the capacitor operating characteristics of the nanofin structure when constructing a DRAM volatile memory using the antiferroelectricity of the HfO 2 thin film.

본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 공정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The process of the sub-nano unit information storage memory device using nanopins according to the present invention will be described in detail as follows.

이하의 설명에서 물질 증착 공정은 Ebeam evaporation, Thermal Evaporation, Sputtering Deposition 등을 포함하는 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 APCVD (Atmosphere CVD), LPCVD (Low pressure CVD), PECVD (Plasma Enhanced CVD), HDPCVD (High-Density Plasma CVD), MOCVD (Metal-Organic CVD) 등을 포함하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD (Atomic Laver Deposition) 공정들이 선택되어 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.In the following description, the material deposition process is PVD (Physical Vapor Deposition) or APCVD (Atmosphere CVD), LPCVD (Low pressure CVD), PECVD (Plasma Enhanced CVD), HDPCVD (High pressure CVD), including Ebeam evaporation, Thermal Evaporation, Sputtering Deposition, etc. CVD (Chemical Vapor Deposition) or ALD (Atomic Laver Deposition) processes, including -Density Plasma CVD), MOCVD (Metal-Organic CVD), etc. may be selected and used, but are not limited thereto.

물질 증착 공정의 세부적인 공정 조건은 소자 요구 특성 및 사용 물질 등에 따라 제어될 수 있다.Detailed process conditions of the material deposition process can be controlled according to required device characteristics and materials used.

그리고 사용되는 절연 물질은 SiO2, Si3N4, Al2O3 등이 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.And the insulating material used may be SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , etc., but is not limited thereto.

그리고 커패시터 패터닝을 위한 식각 공정은 반응성 기체, 이온 등을 이용해 특정 부위를 제거하는 건식 식각(Dry Etching) 또는 용액을 이용 화학적인 반응을 통해 식각하는 습식 식각(Wet Etching)이 선택적으로 사용될 수 있다.Additionally, the etching process for capacitor patterning can optionally be dry etching, which removes specific areas using reactive gases, ions, etc., or wet etching, which involves etching through a chemical reaction using a solution.

식각 공정의 세부적인 공정 조건은 소자 요구 특성 및 사용 물질 등에 따라 제어될 수 있다.Detailed process conditions of the etching process can be controlled depending on device requirements, materials used, etc.

도 7a 내지 도 7o는 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 공정 단면도이다.Figures 7a to 7o are cross-sectional views of the process of a sub-nano unit information storage memory device using nanofins according to the present invention.

먼저, 도 7a에서와 같이, BCAT TR을 갖는 기판상에 나노핀 구조의 커패시터 영역을 정의하기 위한 다층 구조 물질층(11)(12)(13)을 형성한다.First, as shown in FIG. 7A, multi-layered material layers 11, 12, and 13 are formed on a substrate having a BCAT TR to define a nanofin-structured capacitor region.

다층 구조 물질층(11)(12)(13)은 PECVD 공정으로 (SiO2, Si3N4)를 반복 증착하여 형성할 수 있고, 이로 제한되지 않는다.The multilayer structure material layers 11, 12, and 13 may be formed by repeatedly depositing (SiO 2 , Si 3 N 4 ) through a PECVD process, but are not limited thereto.

이어, 도 7b에서와 같이, 다층 구조 물질층(11)(12)(13)을 일정 깊이 식각하여 제 1 방향으로 트렌치를 형성하여 후속 공정에서 유전 물질 증착 및 상부 전극 형성을 위한 제 1 방향 커패시터 형성 영역(14)을 정의한다.Then, as shown in FIG. 7B, the multi-layer structure material layers 11, 12, and 13 are etched to a certain depth to form a trench in the first direction to form a first direction capacitor for dielectric material deposition and upper electrode formation in the subsequent process. Define forming region 14.

그리고 도 7c에서와 같이, 제 1 방향 커패시터 형성 영역(14)에 절연 물질층(15)을 채운다.And, as shown in FIG. 7C, the first direction capacitor formation area 14 is filled with an insulating material layer 15.

여기서, 절연 물질층(15)은 Al2O3와 같은 산화막이 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.Here, the insulating material layer 15 may be an oxide film such as Al 2 O 3 , but is not limited thereto.

이어, 도 7d에서와 같이, 절연 물질층(15)이 채워진 상부 전면에 상부 스페이서층(16)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 7D, an upper spacer layer 16 is formed on the upper entire surface filled with the insulating material layer 15.

상부 스페이서층(16)은 Si3N4를 사용할 수 있고, 이로 제한되지 않는다.The upper spacer layer 16 may use Si 3 N 4 , but is not limited thereto.

그리고 도 7e에서와 같이, 상부 스페이서층(16)이 형성된 다층 구조 물질층(11)(12)을 식각하여 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 트렌치를 형성하여 제 2 방향 커패시터 형성 영역(17)을 정의한다.And, as shown in FIG. 7E, the multi-layer structure material layers 11 and 12 on which the upper spacer layer 16 is formed are etched to form a trench in a second direction perpendicular to the first direction to form a second direction capacitor formation region 17. ) is defined.

이어, 도 7f에서와 같이, ALD (Atomic Laver Deposition) 공정으로 나노핀 형성 물질층(18)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 7f, the nanofin forming material layer 18 is formed through an ALD (Atomic Laver Deposition) process.

나노핀 형성 물질층(18)은 TiN과 Al2O3을 제 2 방향 커패시터 형성 영역(17)의 바닥면 및 측면에 교대로 반복 적층하여 형성할 수 있고, 사용되는 물질 및 증착 방법은 달라질 수 있다.The nanofin forming material layer 18 may be formed by alternately and repeatedly stacking TiN and Al 2 O 3 on the bottom and side surfaces of the second direction capacitor forming region 17, and the materials and deposition methods used may vary. there is.

그리고 도 7g에서와 같이, 나노핀 형성 물질층(18)이 형성된 제 2 방향 커패시터 형성 영역(17)에 절연 물질층(19)을 채운다.And as shown in FIG. 7G, the second direction capacitor formation area 17 where the nanofin formation material layer 18 is formed is filled with the insulating material layer 19.

여기서, 절연 물질층(19)은 Al2O3와 같은 산화막이 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.Here, the insulating material layer 19 may be an oxide film such as Al 2 O 3 , but is not limited thereto.

이어, 도 7h에서와 같이, 유전체층 및 코어 노드를 형성하기 위한 영역을 정의하기 위한 측면 식각 공정을 진행한다.Next, as shown in Figure 7h, a side etching process is performed to define an area for forming the dielectric layer and core node.

그리고 도 7i에서와 같이, 윈도우 습식 식각(Window wet etch) 공정으로 제 1 방향 커패시터 형성 영역(14)의 노출된 절연 물질층을 제거하여 유전체층 및 코어 노드를 형성하기 위한 오픈 영역(20)을 정의하여 나노핀 형성 물질층(18)의 측면을 노출시킨다.And, as shown in FIG. 7I, an open area 20 is defined to form a dielectric layer and a core node by removing the exposed insulating material layer of the first direction capacitor formation area 14 using a window wet etch process. Thus, the side surface of the nanofin forming material layer 18 is exposed.

이어, 도 7j에서와 같이, 노출된 나노핀 형성 물질층(18)의 측면에 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 HfO2 박막을 증착하여 유전체층(21)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 7J, a dielectric layer 21 is formed by depositing an HfO 2 thin film on the exposed side of the nanofin forming material layer 18 through an atomic layer deposition (ALD) process.

그리고 도 7k에서와 같이, 유전체층(21)이 형성된 오픈 영역(20)에 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 TiN을 증착하여 상부 전극층(22)을 형셩한다.And, as shown in FIG. 7K, TiN is deposited in the open area 20 where the dielectric layer 21 is formed through an ALD (Atomic Layer Deposition) process to form the upper electrode layer 22.

이어, 도 7l에서와 같이, 제 2 방향 커패시터 형성 영역(17)의 중앙부에 컨택홀(23)을 형성하고, 도 7m에서와 같이, 컨택홀(23)내에 하부의 BCAT와 연결 컨택 금속층(24)을 채운다.Next, as shown in FIG. 7L, a contact hole 23 is formed in the center of the second direction capacitor formation area 17, and as shown in FIG. 7M, a contact metal layer 24 connected to the lower BCAT is formed in the contact hole 23. ).

그리고 도 7n에서와 같이, 잔류하는 상부 스페이서층(16) 및 하부의 절연막(12)을 제거하고, 노출된 나노핀 형성 물질층(18)을 제거하여 각각의 나노핀을 분리한다.As shown in Figure 7n, the remaining upper spacer layer 16 and lower insulating film 12 are removed, and the exposed nanofin forming material layer 18 is removed to separate each nanofin.

이어, 도 7o에서와 같이, 산화막 등의 절연 물질층(25)을 채워 나노핀 구조의 커패시터를 지지하는 지지 물질층(25)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 7O, the insulating material layer 25 such as an oxide film is filled to form a support material layer 25 that supports the nanofin-structured capacitor.

이와 같은 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 커패시터 제조 공정에서 도 7i에서와 같이 윈도우 습식 식각(Window wet etch) 공정으로 측면 식각을 진행하여 나노핀 형성 물질층(18)의 측면을 노출시키는 이유는 상부 식각 공정을 이용하는 것보다 나노핀 상면의 평탄도 유지에 유리하기 때문이다.In the capacitor manufacturing process of the sub-nano unit information storage memory device using nanofins according to the present invention, side etching is performed using a window wet etch process as shown in FIG. 7I to form a nanofin forming material layer 18. The reason for exposing the side surface is that it is more advantageous to maintain the flatness of the top surface of the nanofin than using a top etching process.

이와 같은 공정으로 나노핀 상면의 평탄도를 유지하는 것이 이후의 수직 적층 공정에 유리하다.Maintaining the flatness of the top surface of the nanofin through this process is advantageous for the subsequent vertical stacking process.

그리고 메모리 용량을 증대시키기 위하여 나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층들이 수직 방향으로 반복 적층되는 구조의 제조 공정은 다음과 같다.In order to increase memory capacity, the manufacturing process of a structure in which layers of nanofin-structured capacitors having an overlapping structure repeated in the horizontal direction are repeatedly stacked in the vertical direction is as follows.

도 8a 내지 도 8q는 다단 구조의 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 공정 단면도이다.Figures 8a to 8q are cross-sectional views of the process of a sub-nano unit information storage memory device using nanofins in a multi-stage structure according to the present invention.

먼저, 도 8a에서와 같이, BCAT TR을 갖는 기판상에 나노핀 구조의 커패시터 영역을 정의하기 위한 다층 구조 물질층(31)(32)(33)을 형성한다.First, as shown in FIG. 8A, multi-layered material layers 31, 32, and 33 are formed on a substrate having a BCAT TR to define a nanofin-structured capacitor region.

다층 구조 물질층(31)(32)(33)은 PECVD 공정으로 (SiO2, Si3N4)를 반복 증착하여 형성할 수 있고, 이로 제한되지 않는다.The multi-layer structure material layers 31, 32, and 33 may be formed by repeatedly depositing (SiO 2 , Si 3 N 4 ) through a PECVD process, but are not limited thereto.

이어, 도 8b에서와 같이, 다층 구조 물질층(31)(32)(33)을 일정 깊이 식각하여 제 1 방향으로 트렌치를 형성하여 후속 공정에서 유전 물질 증착 및 상부 전극 형성을 위한 제 1 방향 커패시터 형성 영역(34)을 정의한다.Then, as shown in FIG. 8B, the multi-layer structure material layers 31, 32, and 33 are etched to a certain depth to form a trench in the first direction to form a first direction capacitor for dielectric material deposition and upper electrode formation in the subsequent process. Define forming region 34.

그리고 도 8c에서와 같이, 제 1 방향 커패시터 형성 영역(34)에 절연 물질층(35)을 채운다.And as shown in FIG. 8C, the first direction capacitor formation area 34 is filled with an insulating material layer 35.

여기서, 절연 물질층(35)은 Al2O3와 같은 산화막이 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.Here, the insulating material layer 35 may be an oxide film such as Al 2 O 3 , but is not limited thereto.

이어, 도 8d에서와 같이, 절연 물질층(35)이 채워진 상부 전면에 상부 스페이서층(36)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 8D, an upper spacer layer 36 is formed on the entire upper surface filled with the insulating material layer 35.

상부 스페이서층(36)은 Si3N4를 사용할 수 있고, 이로 제한되지 않는다.The upper spacer layer 36 may use Si 3 N 4 , but is not limited thereto.

그리고 도 8e에서와 같이, 상부 스페이서층(36)이 형성된 제 1 커패시터 레이어(37)상에 도 8a내지 도 8d의 공정을 반복하여 제 2 커패시터 레이어(38)를 형성한다.And, as shown in FIG. 8E, the second capacitor layer 38 is formed by repeating the processes of FIGS. 8A to 8D on the first capacitor layer 37 on which the upper spacer layer 36 is formed.

이어, 도 8f에서와 같이, 적층된 제 1,2 커패시터 레이어를 식각하여 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 트렌치를 형성하여 제 1,2 커패시터 레이어(37)(38)에 제 2 방향 커패시터 형성 영역(39)을 정의한다.Next, as shown in FIG. 8F, the stacked first and second capacitor layers are etched to form a trench in a second direction perpendicular to the first direction to form second direction capacitors in the first and second capacitor layers 37 and 38. Define forming region 39.

이어, 도 8g에서와 같이, 제 1,2 커패시터 레이어(37)(38)의 제 2 방향 커패시터 형성 영역(39)에 ALD (Atomic Laver Deposition) 공정으로 나노핀 형성 물질층(40)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 8g, a nanofin forming material layer 40 is formed in the second direction capacitor formation area 39 of the first and second capacitor layers 37 and 38 through an ALD (Atomic Laver Deposition) process. .

나노핀 형성 물질층(40)은 TiN과 Al2O3을 제 2 방향 커패시터 형성 영역(39)의 바닥면 및 측면에 교대로 반복 적층하여 형성할 수 있고, 사용되는 물질 및 증착 방법은 달라질 수 있다.The nanofin forming material layer 40 may be formed by alternately and repeatedly stacking TiN and Al 2 O 3 on the bottom and side surfaces of the second direction capacitor forming region 39, and the materials and deposition methods used may vary. there is.

그리고 도 8h에서와 같이, 나노핀 형성 물질층(40)이 형성된 제 2 방향 커패시터 형성 영역(39)에 절연 물질층(41)을 채운다.And, as shown in FIG. 8H, the second direction capacitor formation area 39 where the nanofin formation material layer 40 is formed is filled with the insulating material layer 41.

여기서, 절연 물질층(41)은 Al2O3와 같은 산화막이 사용될 수 있고, 이로 제한되지 않는다.Here, the insulating material layer 41 may be an oxide film such as Al 2 O 3 , but is not limited thereto.

이어, 도 8i에서와 같이, 유전체층 및 코어 노드를 형성하기 위한 영역을 정의하기 위한 측면 식각 공정을 진행한다.Next, as shown in FIG. 8I, a side etching process is performed to define an area for forming the dielectric layer and the core node.

그리고 도 8j에서와 같이, 윈도우 습식 식각(Window wet etch) 공정으로 제 1 방향 커패시터 형성 영역(34)의 노출된 절연 물질층을 제거하여 유전체층 및 코어 노드를 형성하기 위한 오픈 영역(42)을 정의하여 제 1,2 커패시터 레이어(37)(38)의 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시킨다.And, as shown in FIG. 8J, an open area 42 is defined to form a dielectric layer and a core node by removing the exposed insulating material layer of the first direction capacitor formation area 34 using a window wet etch process. Thus, the side surfaces of the nanofin forming material layers of the first and second capacitor layers 37 and 38 are exposed.

이어, 도 도 8k에서와 같이, 노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 HfO2 박막을 증착하여 제 1,2 커패시터 레이어(37)(38)에 유전체층(43)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 8K, an HfO 2 thin film is deposited on the side of the exposed nanofin forming material layer through an ALD (Atomic Layer Deposition) process to form a dielectric layer 43 on the first and second capacitor layers 37 and 38. forms.

그리고 도 8l에서와 같이, 유전체층(43)이 형성된 제 1,2 커패시터 레이어(37)(38)의 오픈 영역(42)에 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 TiN을 증착하여 상부 전극층(44)을 형셩한다.And, as shown in FIG. 8L, the upper electrode layer 44 is formed by depositing TiN in the open area 42 of the first and second capacitor layers 37 and 38 where the dielectric layer 43 is formed through an atomic layer deposition (ALD) process. It's okay.

이어, 도 8m에서와 같이, 제 1,2 커패시터 레이어(37)(38)의 잔류하는 상부 스페이서층 및 하부의 절연막을 제거하고, 도 8n에서와 같이 노출된 나노핀 형성 물질층(40)을 제거하여 각각의 나노핀을 분리한다.Next, as shown in FIG. 8M, the remaining upper spacer layer and lower insulating film of the first and second capacitor layers 37 and 38 are removed, and the exposed nanofin forming material layer 40 is removed as shown in FIG. 8N. Remove and separate each nanofin.

그리고 도 8o에서와 같이, 나노 핀 분리 공정으로 빈 공간을 절연 물질로 채우고, 도 8p에서와 같이 제 2 방향 커패시터 형성 영역(39)의 중앙부에 컨택홀(45)을 형성하고, 도 8q에서와 같이, 컨택홀(45)내에 하부의 BCAT와 연결 컨택 금속층(46)을 채운다.And, as shown in Figure 8o, the empty space is filled with an insulating material through the nano-fin separation process, and a contact hole 45 is formed in the center of the second direction capacitor formation area 39 as shown in Figure 8p, and as shown in Figure 8q. Likewise, the contact hole 45 is filled with the lower BCAT and the connecting contact metal layer 46.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치 및 이의 제조 방법은 서브나노 단위 정보 저장 소재를 적용한 새로운 셀 구조를 설계하여 초고집적 고효율 특성을 갖도록 한 것으로, trench sidewall에 ALD 증착을 통해서 나노 단위 핀을 만들고, 나노핀 구조를 갖는 멀티 커패시터를 수직 적층이 아닌 수평 중첩 형태로 제작하여, 수백 나노 두께의 메탈 층 형성 및 두꺼운 메탈에 hole을 형성하는 공정 없이도 멀티 커패시터 개수를 증가시켜 더 높은 수준의 메모리 용량을 확보할 수 있도록 한 것이다.The sub-nano unit information storage memory device using nanofins and its manufacturing method according to the present invention described above are designed to have ultra-high integration and high efficiency characteristics by designing a new cell structure using sub-nano unit information storage material, and ALD on the trench sidewall. Nano-scale fins are created through deposition, and multi-capacitors with nano-fin structures are manufactured in a horizontally overlapping form rather than vertically stacked, increasing the number of multi-capacitors without the process of forming a metal layer with a thickness of hundreds of nanometers and forming holes in thick metal. This was done to secure a higher level of memory capacity.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view, the scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are intended to be included in the present invention. It will have to be interpreted.

100. 하부 전극
200. 상부 전극
300. 유전체층
100. Lower electrode
200. Upper electrode
300. Dielectric layer

Claims (20)

나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 커패시터가,
제 1 크기의 높이와 제 1 크기보다 작은 제 2 크기의 두께를 갖는 나노 핀 구조의 하부 전극;
나노 핀 구조의 하부 전극의 내측에 상부 방향이 오픈되는 형태로 제 1 크기의 높이 보다 작은 높이의 위치에 바닥면을 갖고 형성되는 트렌치 영역의 측면 및 바닥면에 형성되는 유전체층;
하부 전극과 유전체층을 사이에 두고, 트렌치 영역에 매립 형성되는 상부 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The capacitor of a sub-nano unit information storage memory device using nanopins,
a lower electrode having a nanofin structure having a first height and a second thickness smaller than the first size;
A dielectric layer formed on the side and bottom surfaces of the trench area formed inside the lower electrode of the nanofin structure, with the bottom surface at a height less than the height of the first size, in a form that is open in the upper direction;
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, comprising an upper electrode embedded in the trench area with a lower electrode and a dielectric layer interposed therebetween.
제 1 항에 있어서, 어느 하나의 나노 핀 구조의 하부 전극에는,
내측에 각각 분리되는 형태로 복수개의 트렌치 영역들이 형성되어 복수개의 커패시터가 형성되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 1, wherein the lower electrode of any one nanofin structure includes:
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that a plurality of trench regions are formed in a separate form on the inside to form a plurality of capacitors.
제 2 항에 있어서, 각각의 트렌치 영역에 형성되는 각각의 커패시터 상부 전극은 서로 다른 셀 선택 트랜지스터의 드레인에 연결되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.The sub-nano unit information storage memory device using nanofins according to claim 2, wherein the upper electrode of each capacitor formed in each trench area is connected to the drain of a different cell selection transistor. 제 1 항에 있어서, 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 커패시터는,
수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The capacitor of claim 1, wherein the capacitor of the sub-nano unit information storage memory device using nanofins is,
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized by having an overlapping structure that is repeated in the horizontal direction.
제 4 항에 있어서, 용량을 증대시키기 위하여,
나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층들이 수직 방향으로 반복 적층되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 4, to increase capacity,
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that layers having an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction are repeatedly stacked in the vertical direction.
제 4 항에 있어서, 나노핀 구조의 커패시터들이 수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 층은 BCAT(Buried Channel Array Transistor)를 포함하는 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.The sub-nano unit information using nanofins according to claim 4, wherein the layer having an overlapping structure in which nanofin-structured capacitors are repeated in the horizontal direction is formed on a substrate including a Buried Channel Array Transistor (BCAT). Storage memory device. 제 1 항에 있어서, 어느 하나의 하부 전극을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들은 각각 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.The sub-nano unit information storage memory device according to claim 1, wherein the plurality of capacitors forming a pair with one lower electrode as a common electrode are each driven independently. 제 7 항에 있어서, 어느 하나의 하부 전극을 공통 전극으로 하여 쌍을 이루는 복수개의 커패시터들을 구성하기 위하여,
나노 핀 구조의 하부 전극의 내측에 각각 분리되는 형태로 복수개의 트렌치 영역들이 형성되고,
각각의 트렌치 영역에 유전체층과 상부 전극들이 형성되어 상부 전극들이 서로 다른 셀 선택 트랜지스터의 드레인에 연결되고 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 7, wherein in order to configure a plurality of capacitors in a pair with one lower electrode as a common electrode,
A plurality of separate trench regions are formed inside the lower electrode of the nanofin structure,
A dielectric layer and an upper electrode are formed in each trench area, the upper electrodes are connected to the drain of different cell selection transistors, and the cell is selected by selective driving of the word line (W/L) and bit line (B/L). A sub-nano unit information storage memory device using nano pins.
제 8 항에 있어서, 워드라인(W/L) 및 비트라인(B/L)의 선택 구동에 의해 셀이 선택되고,
수평 방향으로 반복되는 중첩 구조를 갖는 어느 하나의 하부 전극을 선택하여 구동하면 전압차이에 의해 그 사이의 유전체층이 분극을 일으키고,
이웃하는 다른 커패시터들은 셀 선택 트랜지스터가 닫혀있어 유전체층이 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 8, wherein a cell is selected by selective driving of a word line (W/L) and a bit line (B/L),
When one lower electrode having a horizontally repeated overlapping structure is selected and driven, the dielectric layer between them is polarized due to the voltage difference.
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, wherein the cell selection transistor is closed to other neighboring capacitors, so the dielectric layer is not affected.
제 9 항에 있어서, 선택된 셀의 동작시에 선택되지 않은 다른 셀의 하부 전극을 구성하는 나노 핀들은 플로팅 상태인 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.The sub-nano unit information storage memory device using nanofins according to claim 9, wherein the nanofins constituting the lower electrodes of other unselected cells are in a floating state when the selected cell is operating. 제 1 항에 있어서, 유전체층은,
AFE(Antiferroelectric) 필름 또는 FE(Ferroelectric) 필름을 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 1, wherein the dielectric layer is:
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that AFE (Antiferroelectric) film or FE (Ferroelectric) film is deposited and formed through an ALD (Atomic Layer Deposition) process.
제 1 항에 있어서, 유전체층은,
ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 증착 형성되는 HfO2 박막인 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 1, wherein the dielectric layer is:
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that it is an HfO 2 thin film deposited and formed through an ALD (Atomic Layer Deposition) process.
제 12 항에 있어서, HfO2 박막의 강유전성을 이용하여 Fe-RAM 비휘발성 메모리를 구성하거나,
HfO2 박막의 반강유전성을 이용하여 DRAM 휘발성 메모리를 구성하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치.
The method of claim 12, wherein the Fe-RAM non-volatile memory is constructed using the ferroelectricity of the HfO 2 thin film, or
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that DRAM volatile memory is constructed using the antiferroelectricity of the HfO 2 thin film.
다층 구조 물질층을 형성하고, 일정 깊이 식각하여 제 1 방향 커패시터 형성 영역을 정의하는 단계;
제 1 방향 커패시터 형성 영역에 절연 물질층을 채우고, 상부 전면에 상부 스페이서층을 형성하는 단계;
상부 스페이서층이 형성된 다층 구조 물질층을 식각하여 제 1 방향과 수직한 제 2 방향 커패시터 형성 영역을 정의하는 단계;
제 2 방향 커패시터 형성 영역에 나노핀 형성 물질층을 형성하는 단계;
제 2 방향 커패시터 형성 영역에 절연 물질층을 채우고, 제 1 방향 커패시터 형성 영역의 노출된 절연 물질층을 제거하여 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시키는 단계;
노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 유전체층을 형성하고, 상부 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.
forming a multi-layered material layer and etching it to a certain depth to define a first direction capacitor formation area;
Filling the first direction capacitor formation area with an insulating material layer and forming an upper spacer layer on the entire upper surface;
etching the multi-layer structure material layer on which the upper spacer layer is formed to define a second direction capacitor formation area perpendicular to the first direction;
forming a nanofin forming material layer in the second direction capacitor forming area;
filling the second direction capacitor formation area with an insulating material layer and removing the exposed insulating material layer in the first direction capacitor formation area to expose the side of the nanofin formation material layer;
A method of manufacturing a sub-nano unit information storage memory device using nanofins, comprising: forming a dielectric layer on a side of the exposed nanofin forming material layer and forming an upper electrode layer.
제 14 항에 있어서, 나노핀 형성 물질층을 형성하는 단계는,
ALD (Atomic Laver Deposition) 공정으로 TiN과 Al2O3을 제 2 방향 커패시터 형성 영역의 바닥면 및 측면에 교대로 반복 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.
The method of claim 14, wherein forming the nanofin forming material layer comprises:
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, which is formed by alternately and repeatedly stacking TiN and Al 2 O 3 on the bottom and sides of the second direction capacitor formation area through the ALD (Atomic Laver Deposition) process. Manufacturing method.
제 14 항에 있어서, 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시키는 단계에서,
윈도우 습식 식각(Window wet etch) 공정으로 제 1 방향 커패시터 형성 영역의 노출된 절연 물질층을 제거하여 유전체층 및 코어 노드를 형성하기 위한 오픈 영역을 정의하여 나노핀 형성 물질층의 측면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.
The method of claim 14, wherein in exposing the side of the nanofin forming material layer,
A window wet etch process is used to remove the exposed insulating material layer in the first direction capacitor formation area to define an open area for forming the dielectric layer and core node, thereby exposing the side of the nanofin formation material layer. A method of manufacturing a sub-nano unit information storage memory device using nanofins.
제 14 항에 있어서, 노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 유전체층을 형성하는 단계에서,
노출된 나노핀 형성 물질층의 측면에 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 HfO2 박막을 증착하여 유전체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.
15. The method of claim 14, wherein in forming a dielectric layer on a side of the exposed nanofin forming material layer,
A method of manufacturing a sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that a dielectric layer is formed by depositing an HfO 2 thin film on the side of the exposed nanofin forming material layer through an ALD (Atomic Layer Deposition) process.
제 14 항에 있어서, 상부 전극층을 형성하는 단계를 진행하고,
제 2 방향 커패시터 형성 영역의 중앙부에 컨택홀을 형성하고, 컨택홀내에 하부의 BCAT와 연결 컨택 금속층을 채우는 단계와,
잔류하는 상부 스페이서층 및 하부의 절연막을 제거하고, 노출된 나노핀 형성 물질층을 제거하여 각각의 나노핀을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.
15. The method of claim 14, wherein forming an upper electrode layer is performed,
Forming a contact hole in the center of the second direction capacitor formation area and filling the contact hole with the lower BCAT and connection contact metal layer;
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, further comprising the steps of removing the remaining upper spacer layer and lower insulating film and removing the exposed nanofin forming material layer to separate each nanofin. Manufacturing method.
제 18 항에 있어서, 분리된 나노핀은 각각의 커패시터의 하부 전극이 되어 각각 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 18, wherein the separated nanofins become lower electrodes of each capacitor and are driven independently. 제 14 항에 있어서, 다층 구조 물질층을 형성하고, 일정 깊이 식각하여 제 1 방향 커패시터 형성 영역을 형성하고, 제 1 방향 커패시터 형성 영역에 절연 물질층을 채우고, 상부 전면에 상부 스페이서층을 형성하는 단계를 반복하고,
제 1 방향과 수직한 제 2 방향 커패시터 형성 영역을 정의하는 단계를 진행하여 나노핀 구조의 커패시터들이 형성되는 층을 수직 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 나노핀을 이용한 서브나노 단위 정보 저장 메모리 장치의 제조 방법.
15. The method of claim 14, wherein a multi-layer structure material layer is formed, etched to a certain depth to form a first direction capacitor formation region, filling the first direction capacitor formation region with an insulating material layer, and forming an upper spacer layer on the entire upper surface. repeat the steps,
A sub-nano unit information storage memory device using nanofins, characterized in that the step of defining a second direction capacitor formation area perpendicular to the first direction is performed to form a layer in which nanofin structure capacitors are formed in a vertically stacked structure. Manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210098834A (en) 2020-01-31 2021-08-11 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 High-density 3d-dram cell with scaled capacitors
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