KR940007392B1 - Method of fabricating a semiconductor memory device - Google Patents
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- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
Abstract
Description
제1a도 내지 제1d도는 종래의 반도체 메모리 장치의 스택형 캐패시터의 제조공정을 도시한 공정순서도.1A to 1D are process flowcharts showing a manufacturing process of a stacked capacitor of a conventional semiconductor memory device.
제2a도 내지 제2g도는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 스택형 캐패시터의 제조공정을 도시한 일실시예의 공정순서도.2A to 2G are process flowcharts of one embodiment showing a manufacturing process of a stacked capacitor of a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명은 반도체장치에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리소자의 캐패시턴스를 향상시키기 위한 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a manufacturing method for improving the capacitance of a semiconductor memory device.
반도체장치는 1970년대초 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이 발명된 이래 그 집적도가 3년마다 약 4배씩 증가하고 있다. 현재는 4Mb DRAM이 생산과정에 있으며, 16Mb DRAM은 양산체제에 들어갔고, 64Mb DRAM 및 256DRAM은 개발을 위한 많은 연구들이 계속 진행중이다.Since the invention of the DRAM (Dynamic Random Access Memory) in the early 1970s, the density of semiconductor devices has increased about four times every three years. Currently, 4Mb DRAMs are in production, 16Mb DRAMs are in mass production, and 64Mb DRAMs and 256DRAMs are being researched.
이처럼, 반도체 장치는 그 집적도가 4배씩 증가하는 것에 비해 크기는 단지 1.4배의 증가에 그쳐, 1비트당 메모리 셀면적은 1/3로 줄어들게 되었는데 이것은 반도체 메모리가 갖는 캐패시터 용량(C=εA/Ti(ε;절연막의 유전율, A ; 캐패시터의 면적, Ti ; 절연막의 두께)이므로 캐패시터의 면적 A이외의 다른 조건이 같은 한 결과적으로 C도 1/3로 감소하게 되었다.As such, the semiconductor device has only increased 1.4 times in size compared to 4 times its density, and the memory cell area per bit is reduced to 1/3, which is the capacity of the semiconductor memory (C = εA / Ti). (ε; dielectric constant of insulating film, A; area of capacitor, Ti; thickness of insulating film), and as a result, C also decreased to 1/3 as long as conditions other than area A of capacitor were the same.
이러한 캐패시터의 감소는 신호대 잡음비(S/N)를 감소시켜 회로 동작상의 큰 문제를 발생시키고, 패시키로부터 발생된 α입자가 칩의 기판내로 유입되어 메모리 소자내에 저장된 정보가 파괴되어 버리는 소프트에러를 발생시키게 되었다. 그리하여 캐패시턴스의 감소를 막기 위해 셀 캐패시턴스의 유효면적을 증가시키는 새로운 구조의 캐패시터들이 많이 제안되고 있다.The reduction of the capacitor reduces the signal-to-noise ratio (S / N), which causes a big problem in circuit operation. The α particles generated from the patch are introduced into the substrate of the chip and the information stored in the memory device is destroyed. Was generated. Thus, many capacitors of a new structure have been proposed to increase the effective area of the cell capacitance to prevent the reduction of the capacitance.
그 대표적인 예로 3차원적인 구조를 갖는 트렌치형 캐패시터, 스택형 캐패시터 및 스택-트랜치 병합형 캐패시터등이 있다. 그 중에서도 스택형 캐패시터에 대한 연구가 활발히 진행중에 있으며, 종래의 기술로는 아래와 같은 공정을 거쳐 제조된다. 제1a도 내지 제1d도는 종래의 기술에 의한 스택형 캐패시터의 제조공정을 도시한 것이다.Representative examples thereof include a trench capacitor having a three-dimensional structure, a stacked capacitor, and a stack- trench merged capacitor. Among them, research on stacked capacitors is actively underway, and the related art is manufactured through the following process. 1A to 1D show a manufacturing process of a stacked capacitor according to the prior art.
제1a도를 참조하면, 반도체기판(100)위에 활성 영역과 비활성 영역을 분리하기 위한 필드 산화막(101)을 형성하고, 이어 상기 반도체 기판에 게이트전극(5)을 형성하며, 소오스영역(7) 및 드레인 영역(8)은 상기 게이트전극(5)을 마스크로 하여 반도체기판(100)에 불순물을 도우핑하여 형성하고, 상기 게이트와 드레인과 소스로 구성된 트랜지스터 전면에 상기 게이트전극을 절연시키기 위한 목적 및 식각저지 목적으로 제 1 절연막(9)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a field oxide film 101 is formed on a semiconductor substrate 100 to separate an active region and an inactive region, and then a gate electrode 5 is formed on the semiconductor substrate, and a source region 7 is formed. And a drain region 8 formed by doping an impurity in the semiconductor substrate 100 using the gate electrode 5 as a mask, and insulating the gate electrode on the entire surface of the transistor including the gate, the drain, and the source. And a first insulating film 9 for etch stop purposes.
제1b도를 참조하면 상기 반도체 기판의 제 1 절연막(9)을 사진 식각 공정법으로 식각하여 제 1 콘택홀(11)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the first insulating layer 9 of the semiconductor substrate is etched to form a first contact hole 11.
제1c도를 참조하면, 상기 트랜지스터가 형성된 반도체기판 전면에 도전물질을 침적하여 제 1 도전층을 형성한 후, 스토리지전극패턴(15)을 형성하는 공정을 도시한 것이다. 여기서 상기 도전 물질은 불순물이 도우프된 다결정 실리콘과 같은 것으로 침적하여 제 1 도전층을 형성한 후 스토리지전극패턴을 형성하기 위한 마스크패턴을 적용하여 스토리지전극(15)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, a process of forming a storage electrode pattern 15 after forming a first conductive layer by depositing a conductive material on the entire surface of the semiconductor substrate on which the transistor is formed is illustrated. In this case, the conductive material is formed of a polycrystalline silicon doped with impurities to form a first conductive layer and then a mask pattern for forming a storage electrode pattern is applied to form the storage electrode 15.
제1d도를 참조하면, 제 1 유전막(16) 및 플레이트전극(17)을 형성하는 공정으로 상기 스토리지전극(15)전면에 유전물질을 얇게 도포하여 제 1 유전체막(16)을 형성하고, 상기 반도체기판 전면에 예를 들어 불순물이 도우프된 다결정 실리콘과 같은 도전물질을 침적하여 제 2 도전층을 형성한 후 플레이트전극 형성을 위한 마스크 패턴을 적용하여 플레이트전극(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, in the process of forming the first dielectric layer 16 and the plate electrode 17, a thin dielectric material is applied to the entire surface of the storage electrode 15 to form the first dielectric layer 16. A second conductive layer is formed by depositing a conductive material such as polycrystalline silicon doped with impurities, for example, on the entire surface of the semiconductor substrate, and then applying a mask pattern for forming a plate electrode to form the plate electrode 17.
상기 공정을 거쳐 제조된 종래의 스택형 캐패시터구조의 메모리는 다른 구조의 캐패시터 메모리에 비해 그 제작 공정이 간단하고 비교적 기생 트랜지스터가 적고 소프트 에러에 강한 반면 캐패시터 면적이 단일셀의 작은 부분으로 한정되어 있어서 축적용량의 증대가 어렵다.The conventional stacked capacitor structured memory fabricated through the above process has a simpler fabrication process, relatively fewer parasitic transistors, and is more resistant to soft errors than other capacitor memory structures, whereas the capacitor area is limited to a small portion of a single cell. It is difficult to increase the accumulated capacity.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 셀캐패서터의 유효 면적을 증가시킬 수 있는 고집적 반도체 메모리장치의 캐패시터 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor of a highly integrated semiconductor memory device that can increase the effective area of the cell capacitor to solve such a problem.
이하 첨부 도면의 실시예로 본 발명을 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2a도 및 제2g도는 본 발명에 의한 일실시예이며, 본 발명에 의한 제 1 차 스택형 캐패시터를 제공하는 공정은 상기 제1a도 내지 제1d도의 방법과 동일하므로 제1a도 내지 제1d도를 참고하고, 그 이후의 공정은 다음과 같다.2a and 2g are an embodiment according to the present invention, the process of providing a first stacked capacitor according to the present invention is the same as the method of Figs. For reference, the process thereafter is as follows.
제2a도를 참조하면, 제 1 차 및 제 2 차 스택형 캐패시터를 절연시키기 위해서 제 2 절연막을 형성하는 공정을 도시한 것으로, 상기 제 1 차 스택형 캐패시터가 형성되어 있는 반도체기판 전면에 예를 들어 산화막으로 열산화막, LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)산화막, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)산화막 등을 사용하거나 또는 질화막으로 SiN, SiON등을 500Å~2000Å의 두께로 쌓아 제 2 절연막(18)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a process of forming a second insulating film to insulate the first and second stacked capacitors is illustrated. An example is shown on the entire surface of the semiconductor substrate on which the first stacked capacitors are formed. For example, a thermal oxide film, a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) oxide film, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) oxide film, or the like may be used as the oxide film, or SiN, SiON, etc. may be stacked to a thickness of 500 kPa to 2000 kPa as the nitride film. To form.
제2b도를 참조하면, 종래의 스택형 캐패시터 제조 기술로 만들어진 제 1 차 스택형 캐패시터 위에 제 1 차 스택형 캐패시터의 스토리지전극(15)과 제 2 차 스택형 캐패시터의 스토리지 전극을 연결하기 위한 제 2 컨택홀(19)을 형성하는 공정을 도시한 것으로, 사진 식각공정법을 사용하여 제 2 절연막(18)과 제 1 차 스택형 캐패시터의 플레이트전극(17)과 제 1 유전체막(16)을 식각하여 제 2 콘택홀(19)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, a storage electrode 15 of a first stacked capacitor and a storage electrode of a second stacked capacitor may be connected to a first stacked capacitor manufactured by a conventional stacked capacitor manufacturing technique. The process of forming the second contact hole 19 is shown. The second insulating film 18 and the plate electrode 17 and the first dielectric film 16 of the first stacked capacitor are formed using a photolithography process. The second contact hole 19 is formed by etching.
제2c도를 참조하면 제 3 절연막(20)을 형성하기 위한 공정을 도시한 것을 산화막 및 질화막을 상기 반도체 기판 전면에 쌓아 제 3 절연막(20)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, an oxide film and a nitride film are stacked on the entire surface of the semiconductor substrate to form a third insulating film 20, which illustrates a process for forming the third insulating film 20.
제2d도를 참조하면, 제 1 차 스택형 캐패시터의 스토리지전극(15)과 플레이트전극(17)을 절연시키고 제 1 차 스택형 캐패시터의 스토리지 전극과 제 2 차 스택형 캐패시터의 스토리지전극을 연결하기 위하여 스페이서를 형성하는 공정을 도시한 것으로 제 3 절연막(20)을 식각하여, 제 2 콘택홀의 내벽에 식각되지 않고 남은 제 3 절연막으로 스페이서를 형성한다.Referring to FIG. 2D, the storage electrode 15 and the plate electrode 17 of the first stacked capacitor are insulated and the storage electrode of the first stacked capacitor and the storage electrode of the second stacked capacitor are connected to each other. In order to form a spacer, the third insulating film 20 is etched to form a spacer with the third insulating film remaining without being etched on the inner wall of the second contact hole.
제2e도를 참조하면 제 2 차 스택형 캐패시터의 스토리지전극(22)를 형성하기 이한 공정을 도시한 것으로, 상기 반도체 기판 전면에 도전층으로 예를 들면 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등을 500Å~5000Å의 두게로 증착하여 스토리지전극(22)을 형성한다.Referring to FIG. 2E, a process of forming the storage electrode 22 of the second stacked capacitor is illustrated. For example, polysilicon, amorphous silicon, or the like may be used as a conductive layer on the entire surface of the semiconductor substrate. By depositing thickly, the storage electrode 22 is formed.
제2f도를 참조하면 제 2 차 스택형 캐패시터의 제 2 유전체막(24) 및 플레이트전극(25)를 형성하기 위한 공정을 도시한 것으로, 상기 스토리지전극(23)전면에 열산화막, 실리콘나이트라이드(SiN), 니트로소실리콘(SiON), 티타늄디옥사이드(TiO2), 탄탈륨펜트 옥사이드(Ta2O5) 및 타탄산 지르콘산 연(PZT : PbxZryTi2O)등의 유전물질을 단일막 구조, 또는 2개 이상의 물질을 적층하는 복합막 구조의 절연막을 형성하고, 이어서 상기 반도체 기판위에 예를 들어 불순물이 도우프된 다결정 실리콘과 같은 물질을 침적하여 제 2 차 스택형 캐패시터의 플레이트전극(25)을 형성한다.Referring to FIG. 2F, a process for forming the second dielectric film 24 and the plate electrode 25 of the second stacked capacitor is illustrated. The thermal oxide film and silicon nitride are formed on the entire surface of the storage electrode 23. Dielectric material such as (SiN), nitrososilicon (SiON), titanium dioxide (TiO 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) and lead zirconate tartaric acid (PZT: Pb x Zr y Ti 2 O) Forming an insulating film of a film structure or a composite film structure in which two or more materials are stacked, and then depositing a material such as, for example, polycrystalline silicon doped with impurities on the semiconductor substrate, thereby forming a plate electrode of the second stacked capacitor. To form 25.
제2g도를 참조하면, 상기 반도체기판 위에 제 1 차 및 제 2 차 스택형 캐패시터의 플레이트전극(17)(25)간을 연결하기 위한 공정을 도시한 것으로, 상기 플레이트전극(17)(25)과 제 2 절연막(18)의 한쪽 부분을 식각하고, 이어서 두 전극간의 연결을 쉽게 하기 위해 제 2 절연막(18)의 측면을 습식식각공정으로 10초~2분간 식각한 후, 다결정실리콘, 비정질실리콘 등을 300Å~2000Å의 두께로 상기 반도체기판 전면에 증착하여 플레이트전극(17)(25)를 연결한다.Referring to FIG. 2G, a process for connecting the plate electrodes 17 and 25 of the first and second stacked capacitors on the semiconductor substrate is illustrated, and the plate electrodes 17 and 25 are formed. And one side of the second insulating film 18, and then etching the side surface of the second insulating film 18 by a wet etching process for 10 seconds to 2 minutes in order to facilitate the connection between the two electrodes, and then polycrystalline silicon and amorphous silicon The back electrode is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate with a thickness of 300 Å to 2000 Å to connect the plate electrodes 17 and 25.
이와 같은 제조과정을 거쳐 만들어진 본 발명에 의한 다층 구조의 스택형 캐패시터를 갖는 반도체 메모리장치는 축적전극을 다층화 하여 캐패시터의 유효면적을 증가시켜 종래의 스택형 캐패시터의 캐패시턴스보다 1.5배 이상 증가된 캐패시턴스를 얻을 수 있다. 또한, 1차 스택과 2차 스택의 유전막은 서로 다른 유전물질을 사용할 수 있으므로, 제조자가 원하는 캐패시턴스를 갖는 고집적 반도체 메모리 장치의 제조가 가능하다.The semiconductor memory device having the stacked capacitor of the multi-layer structure according to the present invention made through the manufacturing process as described above increases the effective area of the capacitor by multiplying the storage electrodes, thereby increasing the capacitance 1.5 times higher than that of the conventional stacked capacitor. You can get it. In addition, since the dielectric layers of the primary stack and the secondary stack may use different dielectric materials, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor memory device having a capacitance desired by a manufacturer.
이상, 본 발명을 상기 일실시예에 따라 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에 있어서는 여러가지 변경이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example, Of course, a various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
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