KR910007415B1 - Semiconductor memory device and its manufacturing method with stack capacitor structure - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 기술에 따라 반도체 기억장치를 제조하는 데 필요한 주요마스크층의 평면도.1 is a plan view of a main mask layer required for fabricating a semiconductor memory device according to the prior art.
제2도는 본 발명에 따라 반도체 기억장치를 제조하는 데 필요한 주요마스크층의 평면도.2 is a plan view of a main mask layer required for fabricating a semiconductor memory device according to the present invention.
제3도는 제1도의 선 a-a1'를 따라 절취한 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line a-a1 'of FIG.
제4a도 내지 제4f도는 본 발명의 제조공정을 설명하기 위하여, 제2도의 선 a-a1'를 따라 절취한 단면도로써, 제4a도는 실리콘기판에 소자분리 산화막을 형성한 후 게이트 산화막, 게이트 전도물질 및 층간절연체를 침착한 상태의 단면도.4A to 4F are cross-sectional views taken along the line a-a1 'of FIG. 2 to explain the manufacturing process of the present invention. FIG. 4A is a gate oxide film and a gate conduction after forming a device isolation oxide film on a silicon substrate. Sectional view of the material and interlayer insulators deposited.
제4b도는 게이트전극, LDD영역 및 스페이서를 형성한 상태의 단면도.4B is a sectional view of a state in which a gate electrode, an LDD region, and a spacer are formed.
제4c도는 소오스 및 드레인영역에 얇은 산화막을 성장하고, 전체적으로 질화막과 층간절연체로서의 산화막을 순서대로 침착한 후 소오스 콘택마스크를 형성한 상태의 단면도.FIG. 4C is a cross-sectional view of a state in which a thin oxide film is grown in a source and a drain region, a nitride film and an oxide film as an interlayer insulator are deposited in order, and then a source contact mask is formed.
제4d도는 비트선 콘택을 형성한후 비트선용 전도물질과 층간절연체를 침착한후 드레인 콘택마스크를 형성한 상태의 단면도.4D is a cross-sectional view of a state in which a drain contact mask is formed after depositing a bit line conductive material and an interlayer insulator after forming a bit line contact.
제4e도는 드레인 콘택부분의 물질을 제거한후 산화막 스페이서를 형성한 상태의 단면도.4E is a cross sectional view of an oxide spacer formed after removing a material from a drain contact portion;
제4f도는 전하보존전극, 유전체막 및 셀플레이트 전극을 형성한 상태의 단면도.4F is a sectional view of a state where a charge storage electrode, a dielectric film, and a cell plate electrode are formed.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
A : 엑티브(Active)마스크 B : 게이트 마스크A: Active mask B: Gate mask
C : 드레인 콘택마스크 D : 전하보존전극마스크C: Drain contact mask D: Charge preservation electrode mask
E : 셀플레이트 전극마스크, F: 비트선(Bit Line) 콘택마스크E: cell plate electrode mask, F: bit line contact mask
F1' : 비트선 콘택마스크(Over-Size 콘택마스크) G : 비트선 마스크F1 ': Bit line contact mask (Over-Size contact mask) G: Bit line mask
1 : 실리콘기판 2 : 소자분리 산화막1: silicon substrate 2: device isolation oxide film
3 : 게이트 산화막 4 : 게이트전극3: gate oxide film 4: gate electrode
5, 11 및 14 : 산화막 6, 10 및 15 : 질화막5, 11 and 14:
7 : 산화막스페이서 8 : 소오스전극7
81' : 드레인 전극 9 : 얇은 산화막81 ': drain electrode 9: thin oxide film
12 : 감광물질 13 : 비트선용 전도물질12: photosensitive material 13: conductive material for bit line
16 : 감광물질 17 : 산화막 스페이서16: photosensitive material 17: oxide film spacer
18 : 전하보존전극 19 : 캐패시터 유전체막18: charge storage electrode 19: capacitor dielectric film
20 : 셀플레이트 전극용 전도물질20: conductive material for cell plate electrode
본 발명은 적층캐패시터 구조를 갖는 고집적 반도체 기억장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 MOSFET의 소오스전극에 접속하는 비트선을 적층캐패시터보다 하부에 형성하는 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly integrated semiconductor memory device having a stacked capacitor structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor memory device having a stacked capacitor structure in which a bit line connected to a source electrode of a MOSFET is formed below the stacked capacitor. It is about.
종래의 기술은 MOSFET를 실리콘기판상에 형성하고 적층캐패시터를 드레인전극 상부에 형성한 다음, 그 상부에 형성되는 비트선을 소오스전극에 접속시켜서 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치를 형성하였다. 그러나, 종래의 기술은 소오스전극 상부의 셀플레이트전극 일정부분을 제거하기 위해 마스크패턴 공정을 하는 것과, 전하보존전극은 셀플레이트 전극으로 완전히 덮고 비트선과 절연되도록 셀플레이트 전극을 많이 이격시켜 형성함으로써 단위셀의 면적이 그만큼 증대됨을 알 수 있다. 소오스전극 상부의 각 셀플레이트전극의 간격을 비트선 콘택의 크기와 셀플레이트 전극의 패턴에 의해 결정되는 것이다.The prior art has formed a semiconductor memory device having a stacked capacitor structure by forming a MOSFET on a silicon substrate, forming a stacked capacitor on the drain electrode, and connecting a bit line formed thereon to the source electrode. However, the conventional technique is to perform a mask pattern process to remove a certain portion of the cell plate electrode on the source electrode, and the charge storage electrode is formed by separating the cell plate electrode so that the cell plate electrode is completely covered with the cell plate electrode and insulated from the bit line. It can be seen that the area of the cell is increased by that amount. The spacing of each cell plate electrode on the source electrode is determined by the size of the bit line contact and the pattern of the cell plate electrode.
따라서, 본 발명은 종래기술의 단위셀의 면적이 증대되는 것을 해결하기 위하여 MOSFET을 실리콘기판에 형성한후 먼저 비트선을 소오스전극에 접속시켜 형성한 다음, 후공정으로 상부에 적층캐패시터의 전하보존전극을 비트선 상부에 형성하고 비트선에 콘택을 형성하여 전하보존전극을 드레인전극에 접속시키고 유전체막, 셀플레이트전극을 형성하는 반도체 기억장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the increase in the area of the unit cell of the prior art, the MOSFET is formed on the silicon substrate, and then the bit line is connected to the source electrode. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device in which an electrode is formed over a bit line and a contact is formed in the bit line to connect a charge storage electrode to a drain electrode, and to form a dielectric film and a cell plate electrode.
본 발명에 의하면, 소오스전극 상부의 비트선을 접속하기 위한 일정부분의 셀플레이트 전극을 제거해야 하는 공정이 필요치 않고 또한 소오스전극 상부에 있는 두개의 전하보존전극간의 간격은 사진식각 기술에 의해 형성할 수 있는 최소간격으로 할 수 있으므로 단위셀의 면적을 작게 할 수 있으므로 반도체 기억장치의 집적도를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, a process of removing a portion of the cell plate electrode for connecting the bit line on the top of the source electrode is not necessary, and the gap between the two charge storage electrodes on the top of the source electrode can be formed by photolithography. Since the minimum spacing can be achieved, the area of the unit cell can be reduced, thereby increasing the degree of integration of the semiconductor memory device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
여기에서 도시한 도면은 편의상 단층구조의 적층캐패시터에 대한 것으로, 본 발명의 기술은 다층구조를 갖는 적층캐패시터에도 적용될 수 있다. 제1도는 종래의 기술에 따라 형성하는 반도체 기억장치를 제조하기 위한 주요마스크층을 겹쳐놓은 평면도로써, 활성마스크(A), 게이트마스크(B), 드레인 콘택마스크(C), 전하보존전극마스크(D), 셀플레이트전극 마스크(E), 비트선 콘택마스크(F) 및 비트선 마스크(G)가 겹치게 배열되어 각 마스크간의 간격과 콘택이 형성될 부분의 위치를 알려준다.The drawing shown here is for the convenience of a multilayer capacitor having a single layer structure, and the technique of the present invention can be applied to a multilayer capacitor having a multilayer structure. 1 is a plan view of a main mask layer superimposed on a semiconductor memory device formed according to the prior art, wherein the active mask A, the gate mask B, the drain contact mask C, and the charge storage electrode mask ( D), the cell plate electrode mask (E), the bit line contact mask (F) and the bit line mask (G) are arranged to overlap each other to indicate the spacing between the masks and the position of the portion where the contact is to be formed.
제2도는 본 발명에 따라 형성되는 반도체 기억장치를 제조하기 위한 주요마스크층을 겹쳐 놓은 평면도로써, 제1도와 마찬가지로 각각의 마스크(A,B,C,D,F',G)를 배열하되, 제1도와 비교하여 제2도를 설명하면 활성마스크(A)의 면적이 줄어들고 셀플레이트 전극마스크(제1도의 e)가 사용되지 않고 비트선 콘택마스크(F')는 전하보존전극마스크(D)와 일부 겹쳐져서 형성되고 전하보존전극마스크(D)간의 간격도 줄어들어 셀의 면적은 줄어든 반면 캐패시터 용량은 똑같이 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.FIG. 2 is a plan view of a main mask layer for manufacturing a semiconductor memory device formed in accordance with the present invention. The masks A, B, C, D, F ', and G are arranged like FIG. Referring to FIG. 2 compared to FIG. 1, the area of the active mask A is reduced, the cell plate electrode mask (e of FIG. 1) is not used, and the bit line contact mask F ′ is formed of the charge preservation electrode mask D. FIG. And overlapped with each other, and the gap between the charge storage electrode masks D is also reduced, thereby reducing the area of the cell while maintaining the same capacitor capacity.
제3도는 종래기술로 형성된 적층캐패시터 구조를 갖는 기억장치 단면도로서, 제1도의 a-a'축의 단면을 도시한 것이다. 이 공정 과정은 실리콘기판(1) 일정상부에 소자분리 산화막(2)을 형성하고 노출된 실리콘기판(1)에 게이트 산화막(3), 게이트 전도물질을 형성시켜 마스크패턴으로 게이트 전극(4)을 형성하여 MOSFET를 형성한다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the memory device having a stacked capacitor structure formed in the prior art, showing a cross section along the a-a 'axis of FIG. In this process, the device
그 다음에는 전체적으로 산화막(11)을 형성하고 드레인전극(8')상부에 드레인 콘택을 형성한 후 전하보존전극용 전도물질을 콘택상부 및 게이트전극(4) 상부에 침착시켜 마스크패턴으로 전하보존전극(18)을 형성하고, 그 상부에 캐패시터 유전체막(19)를 형성한 다음 셀플레이트 전극용 전도물질을 전체적으로 침착시켜 마스크 패턴 공정으로 셀플레이트전극(20')을 형성하여 적층캐패시터를 형성하고 있다.After that, an
다음에는, 전영역 상부에 산화막(14)을 형성하여 절연시키고 소오스전극(8)에 비트선콘택을 형성한 다음, 비트선용 전도물질(13)을 침착시켜 마스크패턴으로 비트선을 형성한 상태를 나타낸 것이다.Next, an
이상의 설명한 바와 같이, 비트선을 소오스전극(8)에 접속하기 위해서 적층캐패시터의 전하보존전극(18) 및 셀플레이트전극(20')이 비트선 콘택 측벽에서 각 마스트 공정의 설계규칙을 적용하기 때문에 그만큼 셀의 면적이 넓어진다.As described above, in order to connect the bit line to the
따라서, 본 발명에서는 이러한 반도체 기억장치의 제조공정을 변경시켜 제조함으로서 상기의 셀의 면적이 넓어지는 문제점을 해결하고자 하였다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problem of increasing the area of the cell by changing the manufacturing process of the semiconductor memory device.
제4a도 내지 제4f도는 본 발명에 따라 제조되는 과정을 나타내는 단면도로서 제2도의 a-a'축의 단면을 도시한 것이다. 제4a도는 실리콘기판(1)에 소자분리 산화막(2)을 형성하고 게이트 산화막(3) 및 게이트 전도물질(4')을 순차적으로 형성한 후, 층간절연체로서 산화막(5)을 침착하고, 차후 게이트전극 측벽에 스페이서(7)를 형성하기 위해 산화막 식각시 식각정치층(Ftch Stopping Layer)으로 작용하는 질화막(6)을 형성한 상태의 단면도로서, 게이트 전도물질(41')위에 침착하는 산화막(5)과 질화막(6)은 비트선콘택 형성시 자기정렬방식을 사용하기 위한 것으로, 자기정렬방식을 사용하지 않을 경우 이 산화막(5)과 질화막(6)은 필요하지 않다.4A to 4F are cross-sectional views showing a process manufactured according to the present invention, showing a cross section along the a-a 'axis of FIG. FIG. 4A shows that the device
제4b도는 게이트전극(4)을 형성하기 위해 마스크패턴 공정으로 일정부분의 질화막(6) 및 산화막(5) 그리고 게이트 전도물질(4')을 순서대로 식각한 후 소오스, 드레인전극(8 및 8')을 형성한 다음, 게이트전극(4)측벽에 산화막 스페이서(7)를 형성하고 상기 질화막(6)은 제거한 상태의 단면도로서 게이트전극 측벽에 산화막 스페이서(7)를 형성하기 위해 게이트전극을 형성하고 산화막을 침착한 후 비등방성으로 식각하는데, 이 때에 상기 질화막(6)을 식각정지층(Etch Stopping Layer)으로 한다. 게이트전극 상부의 질화막(6)을 스페이서(7) 형성한 후에 그대로 둘 수도 있다.FIG. 4B is a view illustrating a portion of the nitride film 6, the
제4c도는 소오스 및 드레인(8 및 8')영역에 얇은 산화막(9)을 성장하고, 비트선 콘택형성을 위해 일정부분의 산화막(11)을 식각할때 식각정지층으로 사용되는 질화막(10)을 침착한후, 층간절연체로 산화막(11)을 침착한 다음 비트선콘택(Over-Size 콘택) 마스크로 사용되는 감광물질(12)을 형성한 상태의 단면도로서, 여기서 상기 질화막(10)은 비트선콘택을 자기정렬방식으로 하기 위해 사용되며, 자기정렬방식을 사용하지 않을 경우는 이 질화막(10)을 사용하지 않고 콘택마스크는 소오스전극(8) 상부에만 노출되도록 하고 감광물질(12)이 게이트전극을 완전히 덮도록 한다. 여기서 상기 자기정렬방식이란 비트선콘택 마스크(F')를 게이트전극 상부에 겹치게 놓고 비트선을 소오스전극(8)에 접속하는 것이다.4C shows a
제4d도는 감광물질(제4C도의 12)을 마스크로하고, 질화막(10)을 식각정지층으로 하여 산화막(11)을 식각하고, 계속해서 질화막(10)을 식각한후 소오스전극(8)에 성장된 얇은 산화막(9)을 식각하여 소오스전극(8)을 노출시킨 다음, 비트선(13)을 형성하고 층간절연체로써 산화막(14), 그리고 산화막에 대한 식각정치층으로서의 질화막(15)을 순서대로 침착한후 드레인 콘택마스크의 감광물질(16)을 형성한 상태의 단면도이다.4D shows that the
제4e도는 감광물질(제4d도의 16)을 마스크로하여 드레인전극(8')상부의 콘택부분의 질화막(15), 산화막(14), 비트선용 전도물질(13), 산화막(11), 질화막(10) 및 얇은 산화막(9)을 순서대로 식각하여 드레인전극(8')이 노출되도록 콘택을 형성한후, 상기 감광물질(16)을 제거하고 전체적으로 산화막을 침착한 다음, 상기 질화막(15)을 식각정치층으로하여 비등방성으로 산화막을 식각함으로써 드레인콘택 측벽에서 전하보존전극(제4f도의 18)과 비트선 사이의 절연층 역할을 하는 산화막 스페이서(17)를 형성한 상태의 단면도이다.4E shows a nitride film 15, an
제4f도는 상기 콘택 및 산화막(14)상에 전하보존전극용 전도물질을 형성하고 마스크패턴으로 전하보존전극(18)을 형성하고 캐패시터 유전체막(19)을 형성한 후, 셀플레이트 전극용 전도물질(20)을 형성한 상태의 단면도로서, 여기에 도시한 캐패시터는 편의상 단층구조를 갖는 것으로 하였으며, 다층구조를 형성할 수 있다.4f shows the conductive material for the charge storage electrode on the contact and
상기와 같은 본 발명에 의한 제조공정을 통하여 캐패시터 형성전에 비트선을 먼저 형성함으로써 소오스 전극을 사이에둔 이웃한 전하보존전극 사이의 간격을 사진식각 기술로 할 수 있는 최소한 간격으로 할 수 있어 단위셀을 형성하기 위한 소요면적을 감소시켜 반도체 기억장치의 집적도를 증가시킬 수 있다.By forming the bit line first before forming the capacitor through the manufacturing process according to the present invention as described above, the interval between neighboring charge storage electrodes with the source electrode interposed therebetween can be at least the interval that can be achieved by photolithography. The required area for forming the semiconductor memory device can be reduced to increase the degree of integration of the semiconductor memory device.
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