KR950013386B1 - 트렌치형 적층 캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치 및 그 제조방법 - Google Patents

트렌치형 적층 캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

트렌치형 적층 캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치 및 그 제조방법
제 1 도는 오픈 비트 라인(Open Bit Line) 방식을 DRAM셀의 평면도.
제 2a 도 내지 2d 도는 제 1 도의 A-A'를 따라 절단한 본 발명의 제조단계를 나타낸 단면도.
제 3a 내지 제 3d 도는 제 1 도의 B-B'를 따라 절단한 본 발명의 제조단계를 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
a : 액티브 마스크 b : 게이트 전극 마스크
c : 트렌치 마스크 1 : 실리콘기판
2 : 소자분리 절연막 3, 3' : 소오스전극
4 : 드레인 전극 5 : 게이트전극
6 : 층간절연막 패턴 7 : 식각장벽층
7' : 식각장벽층 스페이스 7'' : 식각장벽층 패턴
8 : 제 1 감광막 패턴 9 : 전하보존 전극용 실리콘막
9' : 전하보존전극 10 : 제 2 감광막 패턴
11 : 캐패시터 유전체막 12 : 플레이트 전극
20 : 트랜치
본 발명은 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 실리콘기판에 게이트 전극과 소오스 및 드레인 전극으로 구성된 MOSFET소자의 소오스 전극에 트렌치형 적층캐패시터가 접속된 반도체 기억장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기억장치의 집적도 증가에 따라 단위셀이 구성되는 면적이 감소되면서 정보의 내용을 저장하는 캐패시터의 용량 확보를 위해 한정된 면적에서 최대한의 전하보존전극의 표면적을 얻어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 기억장치의 캐패시터 용량을 극대화하기 위하여 실리콘 기판의 예정부분을 깊게파서 트랜치를 형성한 후, 트렌치 내부에 적층캐패시터를 형성하는 반도체 기억장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조공정은 실리콘기판 예정부분에 게이터 전극과 소오스 및 드레인 전극으로 구성된 MOSFET소자의 소오스전극에 트렌치형 적층캐패시터가 접속된 반도체 기억장치의 제조방법에 있어서, 실리콘기판(1) 예정부분에 트렌치형 소자분리 절연막(2)을 예정깊이로 형성하고, 소오스 및 드레인전극(3, 4)와 게이트전극(5)을 형성하고, 상기 게이트 전극(5) 상부에 층간절연막 패턴(6)을 형성하는 공정과, 전반적으로 식각장벽층(7)을 증착하고, 트렌치 마스크(C)를 이용하여 제 1 감광막 패턴(8)을 형성하고, 상기 제 1 감광막 패턴(8)으로 노출된 식각장벽층(7)을 비등방성으로 식각하여 층간절연막 패턴(6)의 일부와 소오스전극(3)과 소자분리 절연막(2)을 노출하고, 게이트 전극(4) 측벽에는 식각장벽층 스페이서(7')를 형성하는 공정과, 상기 제 1 감광막 패턴(8)을 제거한 다음, 상기 층간절연막 패턴(6)과 식각장벽층 스페이서(7')와 소자분리 절연막(2)을 마스크로하여 소오스전극(3)의 노출 부위와 그 하부와 실리콘기판(1)을 식각하여 상기 소자분리 절연막(2)을 중심으로 대칭되게 각각 예정깊이의 트렌치(20, 20')를 형성하는 공정과, 전반적인 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 증착하고, 상기 전하보존 전극용 캐패시터막(9)을 전하보존전극으로 하기 위해 불순물을 도핑하고, 상기 불순물 도핑으로 인하여 접촉된 실리콘기판 계면부(21)를 따라 일정깊이의 소오스전극(3')을 형성하는 공정과, 전반적으로 감광막을 코팅하여 에치백하므로써 트렌치(20, 20')내부에만 제 2 감광막 패턴(10)을 형성하고, 상기 제 2 감광막 패턴(10)을 이용하여 노출된 부분의 전하보존 전극용 실리콘막(0)을 식각한 다음, 상기 제 2 감광막 패턴(10)을 제거하여 각각의 소오스전극(3, 3')에 접촉된 전하보존전극(9')을 형성하는 공정과, 상기 전하보존전극(9')상에 캐패시터 유전체막(11)을 형성하고, 예정부분 플레이트전극(12)을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구조는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치에 있어서, 실리콘기판(1)의 예정부분에 예정깊이 형성된 소자분리 절연막(2)과, 상기 소자분리 절연막(2)을 중심으로 서로 대칭되게 예정깊이 형성된 각각의 트렌치(20, 20')의 일측부의 실리콘기판 계면부(21)를 따라 형성된 소오스전극(3')과, 상기 각각의 트렌치(20, 20')내부의 예정부분에 형성된 전하보존전극(9')과, 상기 전하보존전극(9')상부에 형성된 캐패시터 유전체막(11)과, 실리콘기판(1)상의 액티브 영역에 형성된 소오스, 드레인, 게이트전극(3, 4, 5)과, 상기 게이트전극(5)상부에 형성된 층간 절연막 패턴(6)과, 상기 게이트전극(6) 및 층간절연막 패턴(6)의 일측부에 형성된 식각 장벽층 스페이서(7')와, 상기 층간절연막 패턴(6)상부 일부분에 형성된 식각장벽층 패턴(7'')과, 상기 트렌치(20, 20')내부의 노출된 캐패시터 유전체막(11) 상부와, 노출된 소자분리 절연막(2) 상부와, 실리콘기판(1)상에 형성되어 노출된 식각장벽층 스페이서(7')와 층간절연막 패턴(6)상부 일부와 식각장벽층 패턴(7'')상부 일부에 걸쳐 형성된 플레이트전극(12)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제 1 도는 오픈 비트 라인(Open Bit Line)방식의 DRAM셀의 주요부분에 대한 평면도로서, 2개의 이웃하는 단위셀을 나타낸 것이며, 참조부호(a)는 액티브(Active) 마스크이고, 참조부호(b)는 게이트전극 마스크이고, 참조부호(c)는 전하보존전극이 접속되는 트렌치 마스크이다. 제조공정시에는 상기 트렌치 마스크(c)내에서 소자분리 절연막과 게이트전극 상부 및 측벽에 형성된 절연막에 의해 마스크 역할을 하므로써 자기 정렬방식의 트랜치 마스크가 된다
상기 트렌치 마스크(c)와 액티브 마스크(a)가 겹치는 부분은 소오스전극이 되면, 상기 게이트 전극 마스크(b)를 중심으로 상기 소오스전극과 반대쪽의 액티브영역에 드레인 전극이 형성되며, 상기 드레인전극에 비트선이 연결된다.
제 2a 내지 제 2d도는 제 1 도의 A-A'를 따라 절단한 본 발명의 제조단계를 나타낸 단면도이고, 제 3a 내지 3d 도는 제 1 도의 B-B'를 따라 절단한 본 발명의 제조단계를 나타낸 단면도로서, 상기 제 3a 내지 제 3d도는 상기 제 2a 내지 2d와 단지 절단선에 따른 차이일 뿐으로 그 제조단계는 동일한 바, 본 명세서에서는 제 2a 내지 2d도를 중심으로 하여 설명한다.
제 2a 및 3a 도는 실리콘기판(1)의 트렌치형 소자분리 절연막(2)을 예정깊이로 형성하고, 소오스 및 드레인전극(3 및 4)과 게이트 전극(5)을 형성하고, 상기 게이트 전극(5) 상부에 전극(5) 상부에 층간 절연막 패턴(6)을 형성한 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 층간 절연막 패턴(6)은 하기 공정중 층간절연 및 적층캐패시터 형성을 위한 실리콘기판(1) 식각시 마스크 역할을 한다.
제 2b 및 3b 도는 전반적으로 식각장벽층(7)을 증착하고, 트렌치 마스크(c)를 이용하여 제 1 감광막 패턴(8)을 형성한 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 식각장벽층(7)은 상기 층간 절연막 패턴(6)과 더불어 하기 공정중 실리콘기판(1) 식각시 마스크 역할을 한다.
제 2c 도 및 3c 도는 상기 제 1 감광막 패턴(8)으로 노출된 식각장벽층(7)을 비등방성으로 식각하여 층간절연막 패턴(6)의 일부와 소오스전극(3)과 소자분리 절연막(2)을 노출하고, 상기 제 1 감광막패턴(8)에 노출되지 않은 식각장벽층(7)은 층간 절연막패턴(6)의 일부와 실리콘기판(1)상의 일부에 식각장벽층 패턴(7'')으로 남아있고, 게이트전극(4) 일측벽에는 식각장벽층 스페이서(7')를 형성하고, 상기 제 1 감광막 패턴(8)을 제거한 다음, 상기 층간절연막 패턴(6)과 식각장벽층 스페이서(7')와 소자분리 절연막(2)을 마스크로하여 소오스전극(3)의 노출부위와 그 하부의 실리콘기판(1)을 식각하여 상기 소자분리 절연막(2)을 중심으로 서로 대향되게 각각 예정깊이의 트렌치(20, 20')를 형성하되, 상기 실리콘기판(1)을 식각하여 형성된 각각의 트렌치(20, 20')의 깊이는 소자분리 절연막(2)이 형성된 깊이보다 반드시 깊지않게 형성하여야 하고, 상기 트렌치(20)와 트렌치(20')는 소자분리 절연막(2)을 중심으로 대칭되는 구조이고, 상기 각각의 트렌치(20, 20')의 일측부와 하단부(21)에는 실리콘기판(1)이 노출되고, 다른 일측부(22)에는 소자분리 절연막(2)이 노출된 상태이고, 전반적은 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 증착하되, 상기 전하보존전극용 실리콘막(9)은 액티브 영역위에 형성된 게이트전극(5)과 가까운 쪽의 트렌치(20,20')내부에서는 실리콘기판(1)과 접촉되고(참조부호21), 나머지 부분에서는 소자분리 절연막(2)과 접촉되고(참조부호 22), 상기 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 전하보존 전극으로 하기 위하여 불순물을 도핑하되, 상기 불순물 도핑은 상기 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 증착시 인-시투(In-Situ) 공정으로 불순물을 도핑할 수도 있고 증착후 불순물을 도핑할 수 있고, 또한 불순물 도핑으로 접촉된 실리콘기판 계면부(21)로 불순물이 도핑되어 일정깊이의 소오스전극(3')을 형성한 후, 전반적으로 감광막을 코팅하여 에치 백(Etch Back)하므로써 적층캐패시터가 형성되는 트렌치(20, 20')내부에만 제 2 감광막 패턴(10)이 형성된 상태를 나타낸 것이다.
제 2d 및 3d 도는 상기 제 2 감광막 패턴(10)을 이용하여 노출된 부분의 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 식각한 다음, 상기 제 2 감광막패턴(10)을 제거하여 각각의 소오스전극(3, 3')에 접촉된 전하보존전극(9')을 형성하되, 상기 전하보존전극(9')은 소자분리 절연막(2)을 중심으로 서로 분리되어 형성되어 있고, 상기 전하보존전극(9')상에 캐패시터 유전체막(11)을 형성하고, 예정부분 플레이트 전극(12)을 형성하여 소오스전극(3, 3')에 트렌치형 적층캐패시터가 형성된 것을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 트렌치형 소자분리 절연막의 깊이를 트렌치형 적층캐패시터의 깊이보다 깊게 형성하므로써, 이웃하는 셀과 셀사이의 누설전류를 극소화할 수 있고, 게이트 전극과 소자분리 절연막을 이용한 자기정렬방식에 의해 적층캐패시터가 형성되는 트렌치를 형성하므로써, 트렌치 내부의 둘레를 최대화하여 캐패시터의 용량을 극대화할 수 있다.

Claims (6)

  1. 실리콘기판 예정부분에 게이트 전극과 소오스 및 드레인 전극으로 구성된 MOSFET소자의 소오스전극에 트렌치형 적층캐패시터가 접속된 반도체 기억장치의 제조방법에 있어서, 실리콘기판(1) 예정부분에 트렌치형 소자분리 절연막(2)을 예정깊이로 형성하고, 소오스 및 드레인전극(3,4)과 게이트전극(5)을 형성하고, 상기 게이트전극(5) 상부에 층간절연막패턴(6)을 형성하는 공정과, 전반적으로 식각장벽층(7)을 증착하고, 트렌치 마스크(C)를 이용하여 제 1 감광막 패턴(8)을 형성하고, 상기 제 1 감광막 패턴(8)으로 노출된 식각장벽층(7)을 비등방성으로 식각하여 층간절연막 패턴(6)의 일부와 소오스전극(3)과 소자분리 절연막(2)을 노출하고, 게이트 전극(4) 측벽에는 식각장벽층 스페이서(7')을 형성하는 공정과, 상기 제 1 감광막 패턴(8)을 제거한 다음, 상기 층간절연막 패턴(6)과 식각장벽층 스페이서(7')와 소자분리 절연막(2)을 마스크로하여 소오스전극(3)의 노출부위와 그 하부의 실리콘기판(1)을 식각하여 상기 소자분리 절연막(2)을 중심으로 대칭되게 각각 예정깊이 트렌치(20, 20')을 형성하는 공정과, 전반적으로 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 증착하고, 상기 전하보존 전극용 실리콘막(9)을 전하보존전극으로 하기 위해 불순물을 도핑하고, 상기 불순물 도핑으로 인하여 접촉된 실리콘기판 계면부(21)에 따라 일정깊이의 소오스전극(3')을 형성하는 공정과, 전반적으로 감광막을 코팅하여 에치백하므로써 트렌치(20, 20')부에만 제 2 감광막 패턴(10)을 형성하고, 상기 제 2 감광막 패턴(10)을 이용하여 노출된 부분의 전하보존전극용 실리콘막(9)을 식각한 다음, 상기 제 2 감광막 패턴(10)을 제거하여 각각의 소오스전극(3, 3')에 접촉된 전하보존전극(9')을 형성하는 공정과, 상기 전하보존전극(9')상에 캐패시터 유전체막(11)을 형성하고, 예정부분 플레이트전극(12)을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 실리콘기판(1) 식각공정으로 형성된 트렌치(20, 20')는 상기 트렌치용 소자분리 절연막(2)이 형성된 예정깊이보다 깊지않게 형성함을 특징으로 하는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전하보존전극용 실리콘(9)에 불순물 도핑은 상기 전하보존전극용 실리콘막(9)증착시 인-시투 공정으로 불순물을 도핑하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치의 제조방법.
  4. 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치에 있어서, 실리콘기판(1)의 예정깊이 형성된 소자분리 절연막(2)과, 상기 소자분리 절연막(2)을 중심으로 서로 대칭되게 예정깊이 형성된 각각의 트렌치(20, 20')의 일측부의 실리콘기판 계면부(21)를 따라 형성된 소오스전극(3')과, 상기 각각의 트렌치(20, 20')내부의 예정부분에 형성된 전하보존전극(9')과, 상기 전하보존전극(9')상부에 형성된 캐패시터유전체막(11)과, 실리콘기판(1)의 액티브 영역에 형성된 소오스, 드레인, 게이트전극(3, 4, 5)과, 상기 게이트전극(5) 상부에 형성된 층간 절연막패턴(6)과, 상기 게이트전극(5) 및 층간 절연막 패턴(6)의 일측부에 형성된 식각 장벽층 스페이서(7')와, 상기 층간절연막 패턴(6)상부 일부분에 형성된 식각장벽층 패턴(7'')과, 상기 트렌치(20, 20')내부의 노출된 캐패시터 유전체막(11)상부와, 노출된 소자분리 절연막(2) 상부와, 실리콘기판(1)상에 형성되어 노출된 식각장벽층 스페이서(7')와 층간절연막 패턴(6)상부 일부와 식각장벽층 패턴(7'')상부 일부에 걸쳐 형성된 플레이트 전극(12)으로 구성된 것을 특징으로 하는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 트렌치(20, 20')의 깊이는 소자분리 절연막(2)이 형성된 예정깊이보다 깊지않게 형성함을 특징으로 하는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 갖는 반도체 기억장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 전하보존전극(9')은 소자분리 절연막(2)에 의하여 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 트렌치형 적층캐패시터 구조를 가즌 반도체 기억장치.
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