KR970010683B1 - Semiconductor device & manufacturing method - Google Patents

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삼성전자 주식회사
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Abstract

A semiconductor memory device using SOI includes a first semiconductor substrate, a plurality of semiconductor layers formed on the first semiconductor substrate and divided from one another by a first insulating layer, a conductive pattern formed on sidewalls of the semiconductor layers, a gate electrode of a transistor, which is formed on the semiconductor layers and serves as a word line, a first contact hole formed on the first insulating layer placed on the semiconductor layers through the back side of the substrate, and a capacitor formed on the semiconductor layers and connected to the conductive pattern through the first contact hole, through the back of the semiconductor substrate.

Description

소이(SOI)를 이용한 반도체 메모리장치 및 그 제조방법Semiconductor memory device using SOI and manufacturing method

제1도는 종래방법에 의해 제조된 DRAM셀의 단면도.1 is a cross-sectional view of a DRAM cell manufactured by a conventional method.

제2도는 본 발명에 의해 제조된 DRAM셀의 단면도.2 is a cross-sectional view of a DRAM cell produced by the present invention.

제3도는 본 발명에 의해 제조된 DRAM셀의 사시도.3 is a perspective view of a DRAM cell produced by the present invention.

제4도 내지 제12도는 본 발명에 의한 DRAM셀의 제조방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들.4 through 12 are plan and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 제1반도체기판 l2 : 절연막10: first semiconductor substrate l2: insulating film

13a : 도전패턴 14 : 제1절연층13a: conductive pattern 14: first insulating layer

16,17,18 : 스토리지전극, 유전체막, 플레이트전극 19 : 제2절연층16, 17, 18: storage electrode, dielectric film, plate electrode 19: second insulating layer

20 : 제2반도체기판 21 : 게이트절연막20: second semiconductor substrate 21: gate insulating film

22: 게이트전극 23 : 불순물영역22: gate electrode 23: impurity region

26 : 비트라인 BC : 제1콘택홀26: bit line BC: first contact hole

H : 제2콘택홀H: 2nd contact hole

본 발명은 반도체 메모리장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 SOI(Silicon-Oxide-Insulator)를 이용한 DRAM(Dynamic Random Access Memory)셀 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) cell using a silicon-oxide-insulator (SOI) and a method of manufacturing the same.

반도체 메모리셀, 특히 DRAM셀의 집적도를 증가시키기 위해서는 최소의 면적에 최대한 많은 수의 소자를 집적시키는 것이 중요하다.In order to increase the degree of integration of semiconductor memory cells, especially DRAM cells, it is important to integrate as many devices as possible in a minimum area.

256Mb 및 IGb 급의 DRAM셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터로 이루어지는 메모리셀의 면적이 0.3μm2이하의 수준이므로, 면적의 한계를 극복하기 위해서 3차원 셀 구조가 필요하게 되고, 래터럴(lateral) 레이아웃에서 버티컬(vertical) 레이아웃 구조로 변경해야 한다.Since 256 Mb and IGb class DRAM cells have an area of 0.3 μm 2 or less in a memory cell composed of one transistor and one capacitor, a three-dimensional cell structure is required to overcome the limitation of the area. Lateral You need to change from layout to vertical layout structure.

1992년 도시유키 니시하라 등은 SOI를 이용한 메모리셀 구조를 제안하였다(참조문헌 : IEDM '92, A Buried Capacitor DRAM Cell with bonded SOI for 256M and 1Gbit DRAMsIn 1992, Toshiyuki Nishihara et al. Proposed a memory cell structure using SOI (Reference: IEDM '92, A Buried Capacitor DRAM Cell with bonded SOI for 256M and 1Gbit DRAMs).

제1도는 상기 문헌에서 제안된 BC셀의 단면도로서, 참조부호 100은 실리콘층을 나타내며, 참조부호 120은 분리영역, 참조부호 140은 커패시터, 참조부호 160은 커패시터 콘택영역, 참조부호 180은 워드라인으로 제공되는 트랜지스터의 게이트전극을 나타낸다.1 is a cross-sectional view of the BC cell proposed in the above document, wherein reference numeral 100 denotes a silicon layer, reference numeral 120 denotes an isolation region, reference numeral 140 a capacitor, reference numeral 160 a capacitor contact region, and reference numeral 180 a wordline. The gate electrode of the transistor provided by FIG.

제1도에 도시된 바와 같이, 상기 BC셀은 커패시터(140)가 실리콘층(100)의 하부에 완전히 메몰되어 형성되기 때문에 커패시터의 면적을 최대화할 수 있다. 그러나, 상기 커패시터(140)와 트랜지스터를 접속시키는 콘택영역(160)을 형성하기 위하여 일정두께 이하, 예컨대 80nm 두께의 실리콘층(참조부호 T)을 남겨두어야 하므로, 실리콘층이 너무 얇을 경우 공정 제어성의 확보가 어렵게 된다. 또한, 상기 콘택영역(160)은 커패시터의 스토리지전극으로 사용되는 불순물이 도우프된 다결정실리콘으로부터의 확산과 별도의 이온주입 공정에 의해 형성되기 때문에, 콘택영역의 접점(junction : 참조부호 J)이 워드라인(180)의 가장자리까지만 도달되도록 확산을 제어하는테 어려움이 있다. 상기 확산이 과도하게 진행되면, 트랜지스터의 전기적 특성에 영향을 미치고, 워드라인(180)의 형성식 약간의 미스얼라인(misalign)에 의해서도 문턱전압(threshold voltage)이 크게 변하게 된다.As shown in FIG. 1, the BC cell may maximize the area of the capacitor because the capacitor 140 is completely buried under the silicon layer 100. However, in order to form the contact region 160 connecting the capacitor 140 and the transistor, a silicon layer (reference numeral T) having a predetermined thickness or less, for example, 80 nm thick, must be left, and thus, if the silicon layer is too thin, It is difficult to secure. In addition, since the contact region 160 is formed by an ion implantation process separate from diffusion from polycrystalline silicon doped with impurities used as a storage electrode of the capacitor, a contact point (J) of the contact region is formed. There is a difficulty in controlling the diffusion so that only the edge of the word line 180 is reached. If the diffusion proceeds excessively, the electrical characteristics of the transistor may be affected, and the threshold voltage may be greatly changed by the slight misalignment of the formation of the word line 180.

그리고, 상기 BC셀의 제조공정시 실리콘필라의 큰 단차를 보상하기 위하여 상기 제1도에 점선으로 표시된 A영역이 더미(dummy)로 형성되므로, 디자인 면에서 효율적이지 못한 단점이 있다.In addition, in order to compensate for the large step of the silicon pillar during the manufacturing process of the BC cell, the area A indicated by the dotted line in FIG. 1 is formed as a dummy, which is not efficient in terms of design.

따라서, 본 발명의 목적은 커패시터 콘택영역의 확산을 억제하여 트랜지스터의 특성을 안정화시킬 수 있는 반도체 메모리장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of stabilizing the characteristics of a transistor by suppressing diffusion of a capacitor contact region.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기에 적합한 그 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a production method suitable for achieving the above object.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발멍은, 제1반도체기판; 상기 제1반도체기판에 형성되고, 그 각각이 제1절연층에 의해 분리되는 다수의 반도체층들, 상기 반도체층의 측벽에 형성된 도전패턴; 상기 반도체층 상에 형성되고, 워드라인으로 제공되는 트랜지스터의 게이트전극; 상기 제1반도체기판의 배면 상으로, 상기 반도체층 상의 제1절연층에 형성된 제1콘택홀; 및 상기 제1반도체기판의 배면 상으로, 상기 반도체층 상에 형성되고 상기 제1콘택홀을 통해 상기 도전패턴과 접속되는 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the saw has a first semiconductor substrate; A plurality of semiconductor layers formed on the first semiconductor substrate, each of which is separated by a first insulating layer, and a conductive pattern formed on sidewalls of the semiconductor layers; A gate electrode of the transistor formed on the semiconductor layer and provided as a word line; A first contact hole formed in a first insulating layer on the semiconductor layer on a rear surface of the first semiconductor substrate; And a capacitor formed on the rear surface of the first semiconductor substrate and connected to the conductive pattern through the first contact hole.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반도체층은 정방형으로 형성되어, 상기 커패시터와 트랜지스터를 접속시키기 위한 별도의 콘택홀 영역을 필요로 하지 않는다. 또한, 상기 반도체층 상부의 일측면에, 상기 도전패턴을 통해 커패시터와 접속되는 트랜지스터의 제1불순물영역이 형성되고, 상기 게이트전극들 사이의 반도체층 표면에 제2불순물영역이 형성된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor layer is formed in a square shape and does not require a separate contact hole region for connecting the capacitor and the transistor. In addition, a first impurity region of a transistor connected to the capacitor through the conductive pattern is formed on one side of the upper semiconductor layer, and a second impurity region is formed on the surface of the semiconductor layer between the gate electrodes.

그리고, 상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1반도체기판에 다수의 반도체층들을 형성하고, 상기 반도체층의 측벽에 도전패턴을 형성하는 제1단계; 상기 결과물 상에 제1절연층을 형성하는 제2단계; 상기 반도체층 상의 제1절연층에 제1콘택홀을 형성하여 상기 도전패턴을 노출시키는 제3단계; 상기 제1절연층 상에 상기 도전패턴과 접속되는 커패시터를 형성하는 제4단계; 상기 커패시터상에 제2절연층을 개재하여 제2반도체기판을 접착하는 제5단계; 및 상기 제1반도체기판의 배면을 식각하는 제6단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising: a first step of forming a plurality of semiconductor layers on a first semiconductor substrate and forming a conductive pattern on sidewalls of the semiconductor layers; A second step of forming a first insulating layer on the resultant; A third step of exposing the conductive pattern by forming a first contact hole in a first insulating layer on the semiconductor layer; Forming a capacitor connected to the conductive pattern on the first insulating layer; Bonding a second semiconductor substrate to the capacitor via a second insulating layer; And a sixth step of etching the back surface of the first semiconductor substrate.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반도체층은 상기 제1반도체기판의 주영역을 제1방향으로 제1트랜치 식각하는 단계와, 상기 제1반도체기판을 상기 제1방향에 대해 수직인 제2방향으로 제2트랜치 식각하여 반도체층을 형성하는 단계로 이루어진다.According to a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor layer is a step of etching a first trench in the main region of the first semiconductor substrate in a first direction, the second semiconductor substrate perpendicular to the first direction Etching the second trench in the direction to form the semiconductor layer.

본 발명은 반도체층의 측벽에 형성된 도전패턴에 의해 커패시터와 트랜지스터를 접속시킨다. 따라서, 커패시터 콘택영역을 형성하기 위한 별도의 확산 공정이 필요하지 않으므로 트랜지스터의 전기적 특성을 안정화시킬 수 있다.The present invention connects the capacitor and the transistor by a conductive pattern formed on the sidewall of the semiconductor layer. Therefore, since a separate diffusion process for forming a capacitor contact region is not necessary, electrical characteristics of the transistor can be stabilized.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

제2도는 본 발명에 의해 제조된 DRAM 셀의 단면도이고, 제3도는 본 발명에 의해 제공된 DRAM셀의 사시도이다.2 is a cross-sectional view of a DRAM cell produced by the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a DRAM cell provided by the present invention.

제2도 및 제3도를 참조하면, 제1반도체기판을 트랜치 식각하여 형성되고 그 각각이 제1절연층(14)에 의해 분리되는 다수의 반도체층, 즉 활성영역(10)들의 측벽에 도전패턴(13a)이 형성되어 있고, 상기 도전패턴(13a)과 활성영역(10) 사이에는 절연 스페이서(12)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 도전패턴(13a)은 활성영역(10)의 상부(도면에서 하부가 된다)까지 신장되어 형성되며, 커패시터와 트랜지스터를 접속시키는 콘택영역으로 제공된다.2 and 3, a plurality of semiconductor layers formed by trench etching the first semiconductor substrate, each separated by the first insulating layer 14, that is, the sidewalls of the active regions 10 are conductive. A pattern 13a is formed, and an insulating spacer 12 is formed between the conductive pattern 13a and the active region 10. In this case, the conductive pattern 13a is formed to extend to an upper portion of the active region 10 (which becomes a lower portion in the figure), and serves as a contact region for connecting a capacitor and a transistor.

상기 제1반도체기판의 배면 상으로(도면에서 하부가 된다.), 상기 활성영역(10) 상의 제1절연층(14)에 커패시터를 트랜지스터에 접속시키기 위한 제1콘택홀(도시되지 않음)이 형성되어 있고, 상기 제1콘택홀을 통해 상기 도전패턴(13a)과 접속되는 스트리지전극(16), 유전체막(1가 및 플레이트전극(18)을 구비한 커패시터가 상기 제1절연층(14) 상에 형성되어 있다. 상기 커패시터 상에는 제2절연층(19)을 개재하여 새로운 제2반도체기관(20)이 형성되어 있다. 반도체 메모리장치를 구성하는 모든 소자는 상기 제1반도체기판 상에 형성되며, 상기 제2반도체기판(20)은 소자들의 지지대 역할을 하기 위해 제공된다.On the back surface of the first semiconductor substrate (below in the figure), a first contact hole (not shown) for connecting a capacitor to a transistor is provided in the first insulating layer 14 on the active region 10. And a capacitor including a strip electrode 16, a dielectric film monovalent and a plate electrode 18 connected to the conductive pattern 13a through the first contact hole. A new second semiconductor organ 20 is formed on the capacitor via a second insulating layer 19. All the elements constituting the semiconductor memory device are formed on the first semiconductor substrate. The second semiconductor substrate 20 is provided to serve as a support for the devices.

상기 제1반도체기판의 상면으로는(도면에서 상부가 된다), 상기 활성영역(10)상에 게이트절연막(21)을 개재하여 트랜지스터의 게이트전극(22)이 형성되어 있다. 상기 게이트전극(22)은 워드라인으로 제공된다. 상기 활성영역(10) 상부의 일측면에는 트랜지스터의 소오스영역(23)이 형성되어 있고, 상기 게이트전극(22)들 사이의 활성영역(10) 표면에는 트랜지스터의 드레인영역(23')이 형성되어 있다. 상기 소오스영역(23)은 도전패턴(13a)을 통해 스토리지전극(16)에 접속된다. 상기 게이트전극(22)상에는 제3절연층(24)을 개재하여 비트라인(26)이 형성되어 있고, 상기 비트라인(26)은 제3절연층(26)에 형성된 제2콘택홀(H)을 통해 상기 드레인영역(23')에 접속된다.On the upper surface of the first semiconductor substrate (the upper portion in the figure), a gate electrode 22 of the transistor is formed on the active region 10 via a gate insulating film 21. The gate electrode 22 is provided as a word line. A source region 23 of the transistor is formed on one side of the upper portion of the active region 10, and a drain region 23 ′ of the transistor is formed on the surface of the active region 10 between the gate electrodes 22. have. The source region 23 is connected to the storage electrode 16 through the conductive pattern 13a. The bit line 26 is formed on the gate electrode 22 via the third insulating layer 24, and the bit line 26 is formed in the second contact hole H formed in the third insulating layer 26. It is connected to the drain region 23 'through.

제4도 내지 제12도는 본 발명에 의한 DRAM셀의 제조방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.4 through 12 are plan and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to the present invention.

제4도는 제1트랜치(T1)에 의해 한정된 활성영역을 도시한 평면도이고, 제5도는 상기 제4도의 절단선 BB'에 따른 단면도로서, 제1트랜치(T1), 절연막(12) 및 도전층(13)을 형성하는 단계를 도시한다. 제1반도체 기판(10)상에 포토레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상하여 평면상의 Y축 방향으로 라인형태의 제1포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 제1포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 제1반도체기판(10)을 2,000Å 정도 깊이로 식각하여 제1트랜치(T1)를 형성함으로써, X축 방향으로만 분리된 다수의 활성영역들을 한정한다. 여기서, 상기 제1트랜치(T1)의 깊이는 남기고자 하는 활성영역의 두께에 따라 결정하며, 바람직하게는 2,000Å 이하로 형성한다. 이어서, 상기 제1포토레지스트 패턴을 제거하고, 결과물 전면에 절연막, 예컨대 산화막을 열산화 공정으로 110Å 정도의 두께로 형성한 다음, 상기 절연막을 식각대상으로 한 이방성식각을 실시하여 상기 제1트랜치(T1) 내측벽의 절연막(12)을 이후에 형성될 콘택영역의 분리를 위해 남겨둔다. 다음에, 상기 절연막(12)을 마스크로 하여 기판(10)을 다시 200Å 정도의 깊이로 식각한 후, 결과물 전면에, 예컨대 불순물이 도우프된 다결정실리콘을 500Å 정도의 두께로 증착하여 도전층(13)을 형성한다.4 is a plan view showing an active region defined by the first trench T1, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB 'of FIG. 4, and the first trench T1, the insulating film 12, and the conductive layer. A step of forming 13 is shown. A photoresist is applied on the first semiconductor substrate 10, and the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern (not shown) in a line shape in the Y-axis direction on a plane. Subsequently, the first semiconductor substrate 10 is etched to a depth of about 2,000 μs using the first photoresist pattern as a mask to form a first trench T1, thereby defining a plurality of active regions separated only in the X-axis direction. do. Here, the depth of the first trench T1 is determined according to the thickness of the active region to be left, and preferably, the depth of the first trench T1 is 2,000 Å or less. Subsequently, the first photoresist pattern is removed, and an insulating film, such as an oxide film, is formed on the entire surface of the resultant to a thickness of about 110 Å by a thermal oxidation process. T1) The insulating film 12 on the inner wall is left for separation of the contact region to be formed later. Subsequently, the substrate 10 is etched to a depth of about 200 μs again using the insulating film 12 as a mask, and then, for example, polysilicon doped with impurities is deposited to a thickness of about 500 μs on the entire surface of the resultant conductive layer ( 13).

제6도는 제2트랜치(T2)에 의해 형성된 활성영역 및 도전패턴(13a)을 도시한 평면도이고, 제7도는 상기 제6도의 절단선 XX'에 따른 단면도로소, 도전패턴(13a) 및 제2트랜치(T2)를 형성하는 단계를 도시한다. 상기 도전층(제5도의 참조부호 13)이 형성된 결과물 전면에 사진식각 공정을 행하여 상기 도전층을 패터닝함으로써, 상기 제1트랜치(T1)에 의해 X측 방향으로만 분리된 활성영역들의 측벽을 따라 도전패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이때, 상기 도전패턴은 활성영역 상부의 소정부위까지 신장되도록 패터닝된다. 이어서, 결과물 전면에 포토레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상하여 X축 방향으로 라인형태의 제2포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 다음에, 상기 제2포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 도전패턴 및 제1반도체기판(10)을 2,000Å 정도 깊이로 식각함으로써 제2트랜치(T2)를 형성한다. 그 결과, X측 및 Y측 방향으로 모두 분리된 다수의 활성영역들이 얻어지고, 상기 도전패턴(13a)은 각 활성영역 단위로 분리된다. 이때, 상기 도전패턴(13a)은 제1 및 제2트랜치(T1, T2)의 하부에서 인접한 셀의 도전패턴과 연결된다. 상기 도전패턴(13a)은 이후에 형성될 커패시터의 스토리지전극과 트랜지스터의 소오스영역을 접속시키는 콘택영역으로 이용되며, 그 상부에 상기 콘택을 위한 제1콘택홀(BC)이 후속공정에서 형성된다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 상기 활성영역은 스토리지전극을 접속시키기 위한 별도의 콘택홀 영역을 필요로 하지 않으므로, 정방형으로 형성될 수 있다.FIG. 6 is a plan view showing an active region and a conductive pattern 13a formed by the second trench T2, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the cutting line XX 'of FIG. 6, and the conductive pattern 13a and the second pattern. A step of forming two trenches T2 is shown. By patterning the conductive layer by performing a photolithography process on the entire surface of the resultant layer on which the conductive layer (reference numeral 13 of FIG. 5) is formed, along the sidewalls of the active regions separated only in the X-direction by the first trench T1. A conductive pattern (not shown) is formed. In this case, the conductive pattern is patterned to extend to a predetermined portion above the active region. Subsequently, a photoresist is applied to the entire surface of the resultant, and the photoresist is exposed and developed to form a second photoresist pattern (not shown) in a line shape in the X-axis direction. Next, the second trench T2 is formed by etching the conductive pattern and the first semiconductor substrate 10 to a depth of about 2,000 mV using the second photoresist pattern as a mask. As a result, a plurality of active regions separated in both X and Y directions are obtained, and the conductive pattern 13a is separated in units of each active region. In this case, the conductive pattern 13a is connected to the conductive patterns of adjacent cells under the first and second trenches T1 and T2. The conductive pattern 13a is used as a contact region for connecting a storage electrode of a capacitor to be formed later and a source region of the transistor, and a first contact hole BC for the contact is formed thereon in a subsequent process. Therefore, according to the present embodiment, since the active region does not require a separate contact hole region for connecting the storage electrode, the active region may be formed in a square shape.

통상적으로, 256Mb급 이상으로 고집적화되는 DRAM을 제조하기 위해서는 0.3μm 이하의 해상도가 필요하고 서브하프마이크론(Sub-half micron) 패턴을 형성할 수 있어야 한다. 포토레지스트를 스퀘어(square) 패턴으로 형성하는 경우, 광원의 간섭현상 때문에 미세 패턴을 형성하기가 어려우며 공정마진도 매우 작다. 이와 같은 문제점은 포토레지스트를 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴으로 형성함에 따라 해결할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 포토레지스트를 라인 앤드 스페이스 패턴으로 형성하여 2회의 트랜치 식각을 별도로 실시함으로써 활성영역의 크기를 더욱 미소화할 수 있다. 또한, 제2트랜치의 형성시 콘택영역으로 이용되는 도전패턴을 함께 식각하기 때문에, 각 활성영역 별도 상기 도전패턴을 용이하게 분리할 수 있다.In general, in order to manufacture a DRAM that is highly integrated at 256 Mb or more, a resolution of 0.3 μm or less is required and a sub-half micron pattern must be formed. When the photoresist is formed in a square pattern, it is difficult to form a fine pattern due to the interference of the light source and the process margin is very small. This problem can be solved by forming the photoresist in a line and space pattern. Therefore, according to the present embodiment, the size of the active region can be further reduced by forming the photoresist in a line and space pattern and performing two trench etchings separately. In addition, since the conductive patterns used as the contact regions are etched together when the second trenches are formed, the active patterns may be easily separated from each active region.

제8도는 캐패시터가 형성될 영역(C)을 평면도이고, 제9도 냐자 제12도는 상기 제8도의 절단산 DD'에 따른 단면도들이다.FIG. 8 is a plan view of the region C in which the capacitor is to be formed, and FIG. 9 and FIG. 12 are cross-sectional views taken along the cutting peak DD 'of FIG.

제9도는 제1절연층(14) 및 제1콘택홀(BC)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 활성영역 및 도전패턴(l3a)이 형성된 결과물 전면에, 예컨대 산화물을 화학기상증착 방법에 의해 증착하거나 SOG(Spin-On-Glass)를 5,000Å 이상의 두께로 도포하여 제1절연층(14)을 형성한다. 이때, 상기 제1절연층(l4)은 제1 및 제2트랜치의 내부를 완전히 매립하면서 활성영역을 기준으로 일정한 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제1절연층(14)은 하부구조물들에 의해 그 표면의 단차가 심하게 형성된 경우, 통상의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법에 의해 그 표면을 평탄화시킨다. 이어사, 사진식각 공정으로 상기 제1절연층(14)의 소정부위를 식각함으로써, 도전패턴(13a)를 노출시키는 제1콘택홀(BC)을 형성한다.9 illustrates forming the first insulating layer 14 and the first contact hole BC. The first insulating layer 14 is formed by depositing an oxide by a chemical vapor deposition method or applying spin-on-glass (SOG) to a thickness of 5,000 GPa or more on the entire surface of the resultant region in which the active region and the conductive pattern l3a are formed. Form. In this case, the first insulating layer l4 is formed to have a predetermined thickness with respect to the active region while completely filling the first and second trenches. When the stepped surface of the first insulating layer 14 is severely formed by the lower structures, the surface of the first insulating layer 14 is planarized by a conventional chemical mechanical polishing (CMP) method. Subsequently, by etching a predetermined portion of the first insulating layer 14 by a photolithography process, a first contact hole BC exposing the conductive pattern 13a is formed.

제10도는 커패시터를 형성하는 단계를 도시한다. 상기 제1콘택홀이 형성된 결과물 전면에 커패시터의 스토리지전극(16)을 형성한다. 이어서, 상기 스토리지전극(16) 전면에 고유전물질을 증착하여 유전체막(17)을 형성한 다음, 상기 유전체막(17)상에 도전물질을 증착하여 플레이트전극(18)을 형성한다. 이 공정을 통하여 스택 커패시터가 완성된다. 여기서, 상기 스토리지전극은 원하는 커패시터의 용량치에 따라 그 형상을 조절할 수 있으며, 후속의 SOI 공정에서 상기 커패시터가 활성영역의 아래에 완전히 매몰되기 때문에 단차 문제없이 스토리지전극의 높이를 증가시킬 수 있다.10 illustrates forming a capacitor. The storage electrode 16 of the capacitor is formed on the entire surface of the product in which the first contact hole is formed. Subsequently, a high dielectric material is deposited on the entire surface of the storage electrode 16 to form a dielectric film 17, and then a conductive material is deposited on the dielectric film 17 to form a plate electrode 18. This process completes the stack capacitor. Here, the shape of the storage electrode may be adjusted according to the capacitance of the desired capacitor, and in the subsequent SOI process, the height of the storage electrode may be increased without a step problem because the capacitor is completely buried under the active region.

제11도는 제2절연층(l9) 및 제2반도체기판(20)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 커패시터의 플레이트 전극(18)상에 절연물질, 예컨대 산화물을 화학기상증착법에 의해 수천Å 이상의 두께로 증착하여 제2절연층(19)을 형성한 다음, CMP 방법에 의해 상기 제2절연층(19)의 표면을 평탄화시킨다. 이어서, 다이렉트 웨이퍼 본딩(Direct Wafer Bonding) 방법에 의해 상기 평탄화된 제2절연층(19)상에 새로운 웨이퍼를 접착시켜서 제2반도체기판(20)을 형성한다. 다음에, 상기 제1반도체기판의 배면이 위쪽이 되게 뒤집은 후, 백-랩(back lap) 방법 및 CMP 방법을 연속으로 실시하여 상기 배면을 식각한다. 상기 식각공정은 활성영역(10)들이 제1절연층(14)에 의해 서로 분리될 때까저 진행한다. 이때, 제1 및 제2트랜치의 하부에서 인접한 셀의 도전패턴과 연결되는 도전패턴(13a)들이 서로 분리된다.FIG. 11 shows forming the second insulating layer 109 and the second semiconductor substrate 20. As shown in FIG. The second insulating layer 19 is formed by depositing an insulating material, for example, an oxide, on the plate electrode 18 of the capacitor to a thickness of several thousand micrometers or more by chemical vapor deposition, and then, using the CMP method, the second insulating layer ( Planarize the surface of 19). Subsequently, a second semiconductor substrate 20 is formed by bonding a new wafer onto the planarized second insulating layer 19 by a direct wafer bonding method. Next, after the back surface of the first semiconductor substrate is turned upside down, the back lap method and the CMP method are successively performed to etch the back surface. The etching process proceeds until the active regions 10 are separated from each other by the first insulating layer 14. At this time, the conductive patterns 13a connected to the conductive patterns of adjacent cells are separated from each other under the first and second trenches.

제12도는 트랜지스터 및 비트라인(26)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 식각된 제1반도체기판의 배면전면에 열산화 공정을 실시하여 상기 활성영역(10)상에 게이트절연막(21)을 형성한 다음, 결과물 전면에 도전물질, 예컨대 불순물이 도우프된 다결정실리콘을 증착한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 다결정실리콘을 패터닝하여 게이트전극(22)을 형성한 다음, 결과물 전면에 불순물을 이온주입하여 트랜지스터의 소오스 및 드레인영역(23, 23')을 형성한다. 여기서, 상기 소오스영역(23)은 활성영역(10) 상부의 일측면에 형성되고, 상기 도전패턴(13a)을 통해 커패시터의 스토리지전극(16)에 접속된다. 상기 드레인영역(23')은 게이트전극(22)들 사이의 활성영역(10)의 표면에 형성된다. 상기 게이트전극(22)을 구성하는 물질로, 불순물이 도우프되지 않은 다결정실리콘 또는 다결정실리콘과 텅스텐실리사이드(WSix)가 적층된 구조를 사용할 수도 있음은 물론이다. 이어서, 결과물 전면에 절연물질을 침적하여 제3절연층(24)을 형성한 다음, 사진식각 공정으로 상기 제3절연층(24)의 소정부위를 식각하여 상기 드레인영역(23')을 노출시키는 제2콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다. 다음에, 결과물 전면에 도전물질을 침적하고 이를 사진식각 공정으로 패터닝함으로써, 상기 제2콘택홀을 통해 드레인영역(23')에 접속되는 비트라인(26)을 형성한다.12 illustrates forming transistors and bit lines 26. A thermal oxidation process is performed on the back surface of the etched first semiconductor substrate to form a gate insulating film 21 on the active region 10, and then polysilicon doped with conductive materials, such as impurities, is formed on the entire surface of the resultant substrate. Deposit. Subsequently, the polysilicon is patterned by a photolithography process to form the gate electrode 22, and then ion implantation is performed on the entire surface of the resultant to form source and drain regions 23 and 23 'of the transistor. The source region 23 is formed on one side of the upper portion of the active region 10, and is connected to the storage electrode 16 of the capacitor through the conductive pattern 13a. The drain region 23 ′ is formed on the surface of the active region 10 between the gate electrodes 22. As a material constituting the gate electrode 22, a structure in which polycrystalline silicon or polycrystalline silicon and tungsten silicide (WSix) are not stacked with impurities may be used. Subsequently, an insulating material is deposited on the entire surface of the resultant to form a third insulating layer 24, and then a predetermined portion of the third insulating layer 24 is etched by a photolithography process to expose the drain region 23 ′. A second contact hole (not shown) is formed. Next, a conductive material is deposited on the entire surface of the resultant and patterned by a photolithography process to form a bit line 26 connected to the drain region 23 ′ through the second contact hole.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명은, 활성영역의 측변에 형성된 도전패턴을 커패시터 콘택영역으로 이용하여 커패시터와 트랜지스터를 접속시킨다. 따라서, 커패시터 콘택영역을 형성하기 위한 별도의 확산 공정이 필요하지 않으므로 트랜지스터의 전기적 특성을 안정화시킬 수 있다. 또한, 종래기술에서와 같이 커패시터의 콘택영역을 위해 실리콘층을 얇게 형성하지 않아도 되므로 공정이 훨씬 용이할 뿐만 아니라, 상기 활성영역을 정방향으로 형성할 수 있으므로 반도체 메모리장치의 집적도를 증가시킬 수 있다.As described above, the present invention connects the capacitor and the transistor by using the conductive pattern formed on the side of the active region as the capacitor contact region. Therefore, since a separate diffusion process for forming a capacitor contact region is not necessary, electrical characteristics of the transistor can be stabilized. In addition, since the silicon layer is not formed to be thin for the contact region of the capacitor as in the related art, the process is much easier and the active region can be formed in the forward direction, thereby increasing the integration degree of the semiconductor memory device.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

Claims (12)

제1반도체기판; 상기 제1반도체기판에 형성되고, 그 각각이 제1절연층에 의해 분리되는 다수의 반도체층; 상기 반도체층의 측벽에 형성된 도전패턴; 상기 반도체층 상에 형성되고, 워드라인으로 제공되는 트랜지스터의 게이트전극; 상기 제1반도체기판의 배면 상으로, 상기 반도체층 상의 제1절연층에 형성된 제1콘택홀; 및 상기 제1반도체기판의 배면 상으로, 상기 반도체층 상에 형성되고, 상기 제1콘택홀을 통해 상기 도전패턴과 접속되는 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치.A first semiconductor substrate; A plurality of semiconductor layers formed on the first semiconductor substrate, each of which is separated by a first insulating layer; A conductive pattern formed on sidewalls of the semiconductor layer; A gate electrode of the transistor formed on the semiconductor layer and provided as a word line; A first contact hole formed in a first insulating layer on the semiconductor layer on a rear surface of the first semiconductor substrate; And a capacitor formed on the back surface of the first semiconductor substrate, the capacitor being connected to the conductive pattern through the first contact hole. 제1항에 있어서, 상기 반도체층은 정방형으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치.The semiconductor memory device of claim 1, wherein the semiconductor layer is formed in a square shape. 제1항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 반도체층 아래에 매몰된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치.The semiconductor memory device of claim 1, wherein the capacitor is buried under the semiconductor layer. 제1항에 있어서, 상기 도전패턴과 상기 반도체층 사이에 형성된 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치.The semiconductor memory device of claim 1, further comprising an insulating film formed between the conductive pattern and the semiconductor layer. 제1항에 있어서, 상기 반도체층 상부의 일측면에 형성되고, 상기 도전패턴을 통해 상기 커패시터와 접속되는 제1불순물영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치.The semiconductor memory device of claim 1, further comprising a first impurity region formed on one side of the semiconductor layer and connected to the capacitor through the conductive pattern. 제1항에 있어서, 상기 게이트전극들 사이의 상기 반도체층 표면에 형성된 제2불순물영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치.The semiconductor memory device of claim 1, further comprising a second impurity region formed on a surface of the semiconductor layer between the gate electrodes. 제6항에 있어서, 상기 게이트전극 상에 형성된 제3절연층 및 상기 제2불순물영역과 접속되도록 형성된 비트라인을 더 구비하는 것을 특정으로 하는 반도체 메모리장치.7. The semiconductor memory device of claim 6, further comprising a bit line formed to be connected to the third insulating layer and the second impurity region formed on the gate electrode. 제1반도체기판에 다수의 반도체층들을 형성하고, 상기 반도체층의 측벽에 도전패턴을 형성하는 제1단계; 상기 결과물 상에 제1절연층을 형성하는 제2단계; 상기 반도체층 상의 제1절연층예 제1콘택홀을 형성하여 상기 도전패턴을 노출시키는 제3단계; 상기 제1절연층 상에 상기 도전패턴과 접속되는 커패시터를 형성하는 제4단계; 상기 커패시터 상에 제2절연층을 개재하여 제2반도체기관을 접착하는 제5단계; 및 상기 제1반도체기판의 배면을 식각하는 제6단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치의 제조방법.Forming a plurality of semiconductor layers on the first semiconductor substrate and forming a conductive pattern on sidewalls of the semiconductor layers; A second step of forming a first insulating layer on the resultant; A third step of exposing the conductive pattern by forming a first contact layer example first contact hole on the semiconductor layer; Forming a capacitor connected to the conductive pattern on the first insulating layer; Bonding a second semiconductor organ to the capacitor via a second insulating layer; And a sixth step of etching the back surface of the first semiconductor substrate. 제8항에 있어서, 상기 반도체층은, 상기 제1반도체기판의 주영역을 제1방향으로 제1트랜치 식각하는 단계; 및 상기 제1반도체기판을 상기 제1방향에 대해 수직인 제2방향으로 제2트랜치 식각하여 반도체층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치의 제조방법.The method of claim 8, wherein the semiconductor layer comprises: etching a first trench of a main region of the first semiconductor substrate in a first direction; And etching the first semiconductor substrate in a second trench in a second direction perpendicular to the first direction to form a semiconductor layer. 제8항에 있어서, 상기 제1반도체기판 배면의 식각은, 상기 반도체층들이 상기 제1절연층에 의해 서로 분리될 때까지 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치의 제조방법.The method of claim 8, wherein etching the back surface of the first semiconductor substrate is performed until the semiconductor layers are separated from each other by the first insulating layer. 제8항에 있어서, 상기 제5단계에서 상기 절연층의 표면을 평탄화시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치의 제조방법.9. The method of claim 8, further comprising planarizing the surface of the insulating layer in the fifth step. 제8항에 있어서, 상기 제1반도체기판의 배면을 식각하는 제6단계 후, 통상의 방법으로 상기 제1반도체기판 배면의 상기 반도체층상에 트랜지스터를 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리장치의 제조방법.The semiconductor of claim 8, further comprising forming a transistor on the semiconductor layer on the rear surface of the first semiconductor substrate by a conventional method after the sixth step of etching the rear surface of the first semiconductor substrate. Method of manufacturing a memory device.
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