KR20060068993A - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법이 제공된다. 반도체 메모리 소자는 반도체 기판 상에 위치하며, 하부 전극 콘택을 포함하는 제 1 층간 절연막, 하부 전극 콘택 상에 위치하는 실린더형 하부 전극 및 제 1 층간 절연막 상에 위치하여 실린더형 하부 전극의 일부를 둘러싸는 제 2 층간 절연막을 포함한다. A semiconductor memory device and a method of manufacturing the same are provided. The semiconductor memory device is disposed on a semiconductor substrate, and includes a first interlayer insulating layer including a lower electrode contact, a cylindrical lower electrode positioned on a lower electrode contact, and a portion of the cylindrical lower electrode disposed on the first interlayer insulating layer. Includes a second interlayer insulating film.
이중층, 실린더형 캐패시터, 비트 라인 Double Layer, Cylindrical Capacitors, Bit Line
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법을 순서대로 나타낸 도면이다. 2 to 8 are diagrams sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> <Explanation of symbols on main parts of the drawings>
100: 반도체 기판 102: 소자 분리막100: semiconductor substrate 102: device isolation film
110: 게이트 전극 112: 제 1 층간 절연막110: gate electrode 112: first interlayer insulating film
114: 제 1 식각 저지막 116: 제 2 층간 절연막114: first etch stop film 116: second interlayer insulating film
118: 제 2 식각 저지막 120: 하부 전극 콘택 홀118: second etch stop layer 120: lower electrode contact hole
122: 하부 전극 콘택 124: 제 1 비트 라인 콘택 홀122: lower electrode contact 124: first bit line contact hole
126: 제 1 비트 라인 콘택 128: 희생 절연막126: first bit line contact 128: sacrificial insulating film
129: 몰드 130: 하부 전극용 도전막 129 mold 130: conductive film for lower electrode
132: 희생막 134: 하부 전극132: sacrificial film 134: lower electrode
136: 유전막 138: 상부 전극136: dielectric film 138: upper electrode
140: 실린더형 캐패시터 142: 제 3 층간 절연막140: cylindrical capacitor 142: third interlayer insulating film
144: 제 2 비트 라인 콘택 홀 146: 제 2 비트 라인 콘택 144: second bit line contact hole 146: second bit line contact
148: 배선용 콘택 홀 150: 배선용 콘택148: wiring contact hole 150: wiring contact
152: 비트 라인 154: 배선 152: bit line 154: wiring
본 발명은 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CUB 구조의 반도체 메모리 소자에서 캐패시터의 높이 증가로 인한 캐패시터의 쓰러짐을 방지할 수 있으며 비트 라인 콘택 홀을 형성하기 위한 식각 공정을 보다 효과적으로 할 수 있는 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an etching process for forming a bit line contact hole, which can prevent a capacitor from falling due to an increase in the height of a capacitor in a semiconductor memory device having a CUB structure. The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same that can be more effectively performed.
메모리(예를 들어, DRAM; Dynamic Random Access Memory) 소자는 집적도가 증가함에 따라 단위 셀의 면적이 급격하게 감소하고 있다. 이에 따라 메모리 소자 내에 형성될 캐패시터의 면적도 감소하게 된다. 그러나 캐패시터가 형성될 면적이 감소하더라도 메모리 소자의 저장 능력을 결정하는 최소한의 캐패시턴스(capacitance)는 유지되어야 한다. 따라서, 제한된 면적 내에서 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시켜주어야 한다. Memory (eg, DRAM) devices have a rapidly decreasing area of unit cells as the degree of integration increases. Accordingly, the area of the capacitor to be formed in the memory device is also reduced. However, even if the area where the capacitor is to be formed is reduced, the minimum capacitance that determines the storage capacity of the memory device must be maintained. Therefore, the capacitance of the capacitor must be increased within the limited area.
캐패시터의 캐패시턴스를 증가시키는 방법으로는 유전율이 높은 물질을 유전막으로 이용하는 방법, 유전체의 두께를 감소시키는 방법 또는 전극의 표면 면적을 증가시키는 방법이 있다. As a method of increasing the capacitance of the capacitor, there is a method of using a material having a high dielectric constant as the dielectric film, a method of reducing the thickness of the dielectric, or a method of increasing the surface area of the electrode.
이 중, 유전율이 높은 물질을 유전막으로 사용하는 경우에는 기존의 캐패시터 전극에 사용되던 다결정 실리콘 대신 금속을 사용하는 MIM(Metal-Insulator- Metal) 캐패시터가 이용된다. 그리고 전극의 표면 면적을 늘리기 위해서는 캐패시터의 높이를 증가시키는 방법이 이용된다. Among these, when a material having a high dielectric constant is used as the dielectric film, a metal-insulator-metal (MIM) capacitor using a metal instead of polycrystalline silicon, which is used for a conventional capacitor electrode, is used. In order to increase the surface area of the electrode, a method of increasing the height of the capacitor is used.
그러나 제한된 면적에서 캐패시터의 높이를 증가시키면 캐패시터가 쓰러져 반도체 소자 제조 수율이 감소한다는 문제점이 있다. However, when the height of the capacitor is increased in a limited area, there is a problem in that the yield of the semiconductor device decreases because the capacitor collapses.
또한, 비트 라인 하부에 캐패시터가 형성되는 CUB(Capacitor Under Bitline) 구조의 메모리 소자는 캐패시터의 높이를 증가시킬수록 비트 라인을 형성하기 위한 비트 라인 콘택의 높이도 증가된다. 이러한 비트 라인 콘택을 형성하는 과정에서 비트 라인 콘택 홀 형성하기 위한 식각 공정시 상부의 CD(Critical Dimension)와 하부의 CD가 동일한 비트 라인 콘택 홀을 형성하기 어렵다는 문제점이 있다. In addition, in the memory device having a capacitor under bitline (CUB) structure in which a capacitor is formed under the bit line, the height of the bit line contact for forming the bit line also increases as the height of the capacitor increases. In the process of forming the bit line contact, there is a problem that it is difficult to form the same bit line contact hole in the upper CD (Critical Dimension) and the lower CD during the etching process for forming the bit line contact hole.
그리고, 비트 라인 콘택 홀을 형성하기 위한 식각 공정시 캐패시터의 상부 전극과 배선을 연결하는 콘택 홀도 함께 형성된다. 그런데 비트 라인 콘택 홀과 배선을 연결하는 콘택 홀의 깊이의 차이가 크기 때문에 비트 라인 콘택 홀 및 배선용 콘택 홀을 형성하는 동안 상부 전극까지 식각될 수 있다는 문제점이 있다. In addition, during the etching process for forming the bit line contact hole, a contact hole connecting the upper electrode of the capacitor and the wiring is also formed. However, since the difference in the depth of the bit line contact hole and the contact hole connecting the wiring is large, there is a problem that the upper electrode may be etched while forming the bit line contact hole and the wiring contact hole.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 메모리 소자 형성시 캐패시터의 쓰러짐을 방지할 수 있으며, 비트 라인 콘택 홀을 형성하기 위한 식각 공정을 보다 효과적으로 할 수 있는 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, which can prevent the capacitor from collapsing when the semiconductor memory device is formed and can more effectively perform an etching process for forming a bit line contact hole.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이러한 반도체 메모리 소자를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide such a semiconductor memory device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 반도체 기판 상에 위치하며, 하부 전극 콘택을 포함하는 제 1 층간 절연막, 하부 전극 콘택 상에 위치하는 실린더형 하부 전극 및 제 1 층간 절연막 상에 위치하여 실린더형 하부 전극의 일부를 둘러싸는 제 2 층간 절연막을 포함한다. In order to achieve the above technical problem, a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention is disposed on a semiconductor substrate, and includes a first interlayer insulating layer including a lower electrode contact, a cylindrical lower electrode and a lower electrode contact disposed on a lower electrode contact. And a second interlayer insulating film positioned on the first interlayer insulating film and surrounding a portion of the cylindrical lower electrode.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자 제조 방법은 (a) 게이트 전극이 형성된 반도체 기판 상에 제 1 층간 절연막 및 제 2 층간 절연막을 적층하는 단계, (b) 결과물을 부분 식각하여 반도체 기판과 연결되는 하부 전극 콘택 및 제 1 비트 라인 콘택을 형성하는 단계, (c) 결과물 상에 희생 절연막을 적층하고 희생 절연막, 제 2 층간 절연막 및 하부 전극 콘택의 일부를 부분 식각하여 제 1 층간 절연막을 노출시키는 몰드를 형성하는 단계, (d) 몰드를 따라 하부 전극을 형성하고 몰드를 구성하는 상기 희생 절연막을 선택적으로 제거하는 단계 및 (e) 하부 전극 및 제 2 층간 절연막을 따라 컨포말하게 유전막 및 상부 전극을 형성하여 실린더형 캐패시터를 완성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor memory device, the method including: (a) stacking a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which a gate electrode is formed; Partially etching the resultant to form a lower electrode contact and a first bit line contact connected to the semiconductor substrate, (c) depositing a sacrificial insulating film on the resultant and partially removing the sacrificial insulating film, the second interlayer insulating film, and a portion of the lower electrode contact; Etching to form a mold exposing the first interlayer insulating film, (d) forming a lower electrode along the mold and selectively removing the sacrificial insulating film constituting the mold; and (e) lower electrode and second interlayer insulating film. And conformally forming a dielectric film and an upper electrode to complete the cylindrical capacitor.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)에는 활성 영역과 필드 영역을 구분하는 소자 분리막(102)이 형성되어 있으며 반도체 기판(100) 상에는 게이트 전극(110)들이 위치한다. 그리고 게이트 전극(110)들 사이의 반도체 기판(100)에는 소스 및 드레인 영역(111)이 위치한다. As shown in FIG. 1, a
이러한 게이트 전극(110)들이 형성된 반도체 기판(100) 상에는 이중층으로 형성된 층간 절연막 및 식각 저지막이 위치한다. 상세히 설명하면, 반도체 기판(100) 상에는 제 1 층간 절연막(112), 제 1 식각 저지막(114), 제 2 층간 절연막(116) 및 제 2 층간 절연막(116)이 순착적으로 형성되어 있다. An interlayer insulating layer and an etch stop layer formed of a double layer are positioned on the
그리고 제 1 층간 절연막(112)과 제 1 식각 저지막(114) 내부에는 반도체 기판(100)의 소스 및 드레인 영역(111)과 전기적으로 연결되는 하부 전극 콘택(122) 이 형성된다. 그리고 이중층으로 형성된 층간 절연막 및 식각 저지막 내부에는 반도체 기판(100)의 다른 소스 및 드레인 영역(111)과 전기적으로 연결되는 제 1 비트 라인 콘택(126)이 형성된다. 따라서 제 1 비트 라인 콘택(126)이 하부 전극 콘택(122)보다 소정의 높이만큼 높게 형성된다. A
그리고 하부 전극 콘택(122) 상에는 하부 전극 콘택(122)과 전기적으로 연결되는 실린더형 캐패시터(140)가 위치한다. 실린더형 캐패시터(140)는 하부 전극(134), 유전막(136) 및 상부 전극(138)으로 구성된다. 이러한 실린더형 캐패시터(140)는 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시키기 위해 하부 전극(134)의 내부 및 외부를 따라 컨포말하게 유전막(136)과 상부 전극(138)이 형성되어 있다. 그리고, 유전막(136) 및 상부 전극(138)의 일부는 제 2 식각 저지막(118) 상에 위치한다. 또한, 실린더형 캐패시터(140)는 유전율이 높은 유전막(136)과 금속 물질로 형성된 하부 전극(134) 및 상부 전극(138)으로 구성되는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 캐패시터이다.In addition, a
그리고 실린더형 캐패시터(140) 하부의 일부가 제 2 층간 절연막(116) 및 제 2 식각 저지막(118) 내에 위치하여 실린더형 캐패시터(140)를 지지해줌으로써 캐패시터의 높이가 증가함에 따라 캐패시터가 쓰러지는 것을 방지한다. A portion of the lower portion of the
이와 같은 실린더형 캐패시터(140) 및 제 2 식각 저지막(118) 상에는 제 3 층간 절연막(142)이 위치한다. 이러한 제 3 층간 절연막(142) 내에는 제 2 비트 라인 콘택(146) 및 배선용 콘택(150)이 위치한다. 이 때 제 2 비트 라인 콘택(144)은 하부 전극 콘택(122)보다 올라와 있는 제 1 비트 라인 콘택(126)과 연결된다. 그리 고 배선용 콘택(150)은 제 2 식각 저지막(118) 상에 위치하는 상부 전극(138)과 연결된다. 이와 같은 제 2 비트 라인 콘택(146)과 배선용 콘택(150)은 종래와 달리 제 2 식각 저지막(118) 상에 위치하는 유전막(136)과 상부 전극(138)의 두께만큼의 단차가 발생하게 된다. The third
이와 같은 제 2 비트 라인 콘택(146) 및 배선용 콘택(150)을 포함하는 제 3 층간 절연막(142) 상에는 금속 물질로 이루어진 비트 라인(152) 및 배선(154)이 위치한다. 비트 라인(152)은 제 2 비트 라인 콘택(146) 및 제 1 비트 라인 콘택(126)에 의해 반도체 기판(100)의 소스 및 드레인 영역(111)과 전기적으로 연결된다. 그리고 배선(154)은 배선용 콘택(150)에 의해 실린더형 캐패시터(140)의 상부 전극(138)과 연결된다. The
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 8.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 제조 방법을 순서대로 나타낸 도면이다. 2 through 8 are diagrams sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(102)에 의해 활성 영역과 필드 영역이 구분된 반도체 기판(100) 상에 일반적인 방법을 이용하여 게이트 전극(110)들을 형성한다. 그리고 게이트 전극(110)들 사이의 반도체 기판(100)내로 이온을 주입하여 소스 및 드레인 영역(111)을 형성한다. As shown in FIG. 2, the
다음으로 게이트 전극(110)들이 형성된 반도체 기판(100) 상에 층간 절연막 및 식각 저지막을 순차적으로 적층하고 반복 형성함으로써 이중층으로 층간 절연막 및 식각 저지막을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서는 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(112), 제 1 식각 저지막(114), 제 2 층간 절연막(116) 및 제 2 식각 저지막(118)을 순차적으로 증착하여 형성된다. 이 때, 제 2 층간 절연막(116) 및 제 2 식각 저지막(118)은 실린더 형상으로 형성될 캐패시터의 쓰러짐을 방지하는 역할을 하게 된다. 또한 제 2 층간 절연막(116) 및 제 2 식각 저지막(118)이 형성되는 높이만큼 비트 라인 콘택의 일부를 높게 형성할 수 있게 되어 캐패시터 형성 후 형성될 비트 라인 콘택의 식각 깊이를 줄일 수 있게 된다. Next, the interlayer insulating layer and the etch stop layer are sequentially stacked and repeatedly formed on the
이 때, 층간 절연막들(112, 116)은 일반적으로 사용되는 절연 물질인 실리콘 산화물(SiO2)이 사용된다. 그리고 식각 저지막들(114, 118)은 SiON 또는 SiN의 물질로 이루어진다. In this case, the
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)의 소스 및 드레인 영역(111)과 전기적으로 연결되는 하부 전극 콘택(122) 및 제 1 비트 라인 콘택(126)을 이중층으로 형성된 층간 절연막 및 식각 저지막 내에 형성한다.Next, as shown in FIG. 3, an interlayer insulating layer in which a
하부 전극 콘택(122) 및 제 1 비트 라인 콘택(126)을 형성하는 방법은 하부 전극 콘택(122) 및 제 1 비트 라인 콘택(126)이 형성될 영역을 한정하는 식각 마스크를 이용하여 이중층으로 형성된 층간 절연막 및 식각 저지막의 일부를 반도체 기판(100)에 형성된 소스 및 드레인 영역(111)이 노출될 때까지 순차적으로 식각한다. 이와 같이 층간 절연막 및 식각 저지막을 부분 식각하면 하부 전극 콘택 홀(120) 및 제 1 비트 라인 콘택 홀(124)이 형성된다.
The method of forming the
이와 같이 형성된 하부 전극 콘택 홀(120) 및 제 1 비트 라인 콘택 홀(124) 내부에 배리어 금속막을 증착한 다음 내부에 금속 물질을 채워 넣고 화학 기계적 연마(CMP) 또는 에치백(etch-back)하여 하부 전극 콘택(122) 및 제 1 비트 라인 콘택(126)을 형성한다. The barrier metal film is deposited in the lower
이 때 배리어 금속막은 콘택의 접촉성을 향상시키고, 금속 물질 증착시 불순물이 확산되는 것을 방지하기 위한 으로는 TiN 또는 Ti+TiN 등의 물질이 사용된다. 그리고 하부 전극 콘택 홀(120) 및 제 1 비트 라인 콘택 홀(124) 내에 채워지는 금속 물질로는 W, Ti 또는 TiN이거나 이들의 조합 물질이 사용된다. At this time, the barrier metal film is a material such as TiN or Ti + TiN is used to improve the contact of the contact, and to prevent the diffusion of impurities during metal material deposition. The metal material filled in the lower
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 실린더형 캐패시터(140)를 형성하기 위한 몰드(129)를 형성한다. 몰드(129)를 형성하는 방법은 하부 전극 콘택(122) 및 제 1 비트 라인 콘택(126)을 포함하는 이중층의 층간 절연막 및 식각 저지막 상에 몰드(129)를 형성하기 위한 희생 절연막(128)을 증착한다. 이 때 희생 절연막(128)은 실리콘 산화막이 사용될 수 있으며 희생 절연막(128)의 높이에 따라 후속 공정에 의해 형성될 캐패시터의 높이를 결정할 수 있다. Next, as shown in FIG. 4, a
희생 절연막(128)을 증착한 다음에는 포토레지스트 패턴 등과 같은 식각 마스크를 이용하여 제 1 층간 절연막(112) 내에 형성된 하부 전극 콘택(122)의 상부가 노출될 때까지 적절한 식각 가스를 이용하여 건식 식각함으로써 몰드(129)를 형성한다. 상세히 설명하면 희생 절연막(128), 제 2 식각 저지막(118), 제 2 층간 절연막(116) 및 제 1 식각 저지막(114)을 부분 식각하여 몰드(129)를 형성한다. 이 때 제 2 층간 절연막(116)과 제 2 식각 저지막(118) 내에 형성되었던 하부 전극 콘 택(122)의 일부도 함께 식각된다.After the sacrificial insulating
몰드(129)를 형성하기 위한 식각 방법으로는 먼저 식각 마스크를 이용하여 희생 절연막(128)을 제 2 식각 저지막(118)까지 식각함으로써 하부 전극 콘택(122)을 노출시킨다. 다음으로 제 2 식각 저지막(118), 제 2 층간 절연막(116) 및 제 1 식각 저지막(114)을 식각한 다음, 금속 물질로 이루어진 하부 전극 콘택(122)을 제 1 층간 절연막(112)이 노출될 때까지 식각하여 캐패시터를 형성하기 위한 몰드(129)를 완성한다. As an etching method for forming the
몰드(129)를 형성하기 위한 다른 식각 방법으로는 희생 절연막(128)을 식각하여 하부 전극 콘택(122)을 노출시킨 다음 먼저 금속 물질로 이루어진 하부 전극 콘택(122)을 제 1 층간 절연막(112) 상부까지 식각하고, 제 2 식각 저지막(118), 제 2 층간 절연막(116) 및 제 1 식각 저지막(114)을 식각하여 캐패시터를 형성하기 위한 몰드(129)를 완성한다. As another etching method for forming the
이상과 같은 방법으로 몰드(129)를 형성하는 경우에 희생 절연막(128), 제 2 식각 저지막(118), 제 2 층간 절연막(116) 및 제 1 식각 저지막(114)은 CHF3 또는 CF4 등의 플르오린(fluorine) 계열의 식각 가스를 식각 선택비를 달리하여 이용함으로써 식각한다. 그리고, 하부 전극 콘택(122)은 하부 전극 콘택(122) 물질이 텅스텐(W)인 경우 BCl3 + Cl2, CF4 + Cl2 + O2 또는 SF6를 식각 가스로 이용하여 식각할 수 있다. When the
또한, 몰드(129)를 형성하기 위한 또 다른 식각 방법으로는 적절한 식각 가 스를 이용하여 희생 절연막(128), 제 2 식각 저지막(118), 제 2 층간 절연막(116), 제 1 식각 저지막(114) 및 하부 전극 콘택(122)의 일부를 동시에 식각하여 몰드(129)를 완성한다. 이 경우 식각 가스로는 CHF4, CF4, BCl3 + Cl2
, CF4 + Cl2 + O2 및 SF6 의 가스들을 적절히 혼합하여 식각하거나 식각 가스 중 Ar의 양을 추가하여 물리적인 식각 비중을 높여 식각한다. In addition, another etching method for forming the
또한, 몰드(129) 형성시 희생 절연막(128), 제 2 식각 저지막(118) 및 제 2 층간 절연막(116)만을 식각하여 몰드(129)를 형성할 수 있다. 이 경우 하부 전극 콘택(122)이 식각되지 않기 때문에 하부에 굴곡이 형성된 몰드(129)가 형성된다. 이러한 몰드(129)는 후속 공정에서 유전막(136)의 스텝 커버리지(step coverage)에 열화가 없는 경우에 한해서 형성하도록 한다. In addition, when the
이와 같은 공정을 마치고 나면 하부 전극 콘택(122)과 제 1 비트 라인 콘택(126) 사이에는 제 2 층간 절연막(116)과 제 2 식각 저지막(118)의 두께만큼의 단차가 발생하게 된다.After the process is completed, a step is formed between the
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, 이상에서 형성한 몰드(129)를 따라 컨포말하게 하부 전극용 도전막(130)을 증착한다. 하부 전극용 도전막(130)은 금속막으로써 하부가 하부 전극 콘택(122)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 하부 전극용 도전막(130)으로는 TiN, TaN, WN, Ru, Pt, Ir, RuO2 또는 IrO2으로 형성되거나 이들의 조합으로 형성된다. Next, as shown in FIG. 5, the lower electrode
이와 같이 하부 전극용 도전막(130)을 증착하고 난 뒤, 하부 전극용 도전막 (130) 내부를 채우는 희생막(132)을 형성한다. 이 때 희생막(132)은 하부 전극 분리를 위한 평탄화 공정을 수행하기 위해 형성된다. 그리고 희생막(132)으로는 실리콘 산화물 등과 같은 절연 물질이나 감광막 등이 사용될 수 있다. 평탄화 공정으로는 화학 기계적 연마 또는 에치백 공정을 몰드(129)의 상부가 노출될 때까지 수행된다. 이와 같이 수행하고 나면 분리된 하부 전극용 도전막(130) 내부에는 희생막(132)이 남아있게 된다. After depositing the
다음으로 희생막(132)과 희생 절연막(128)을 습식 식각하여 제거하고 나면 도 6에 도시된 바와 같은 실린더형의 하부 전극(134)이 완성된다. 희생막(132)과 희생 절연막(128)을 제거하는 습식 식각 공정은 식각액에 LAL 용액 또는 HF 용액이 포함된다. 그리고 희생막(132)과 희생 절연막(128)을 제거하는 습식 식각 공정은 희생 절연막(128) 하부에 형성되어 있는 제 2 식각 저지막(118)에 의해 저지된다. Next, after the
이와 같이 완성된 하부 전극(134) 하부의 일부가 제 2 식각 저지막(118) 및 제 2 층간 절연막(116) 내에 위치하므로 하부 전극(134)의 하부 측면은 제 2 식각 저지막(118) 및 제 2 층간 절연막(116)에 의해 지지된다. 따라서 하부 전극(134)의 높이가 증가되어 캐패시터가 쓰러지는 것이 방지된다. Since a portion of the lower
이어서 도 7에 도시된 바와 같이, 하부 전극(134)을 따라 컨포말하게 유전막(136) 및 상부 전극(138)을 증착하여 실린더형 캐패시터(140)를 완성한다. 이 때 유전막(136) 및 상부 전극(138)을 하부 전극(134) 내부와 외부에 일정한 두께로 증착함으로써 캐패시터의 면적이 증가된다. 그리고 유전막(136) 및 상부 전극(138)의 일부는 제 2 식각 저지막(118) 상에 증착된다. 이 때, 유전막(136)은 유전율이 높 은 물질로 형성하고, 상부 전극(138)은 하부 전극(134)과 동일한 금속 물질로 형성하여 MIM 캐패시터로 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 7, the
이 때 유전막(136)으로는 HfO2, Al2O3, Ta2O5, La
2O3 또는 ZrO2 등에서 선택된 어느 하나이거나 이들의 조합인 High-k 물질로 이루어진다. 그리고 상부 전극(138)으로는 TiN, TaN, WN, Ru, Pt, Ir, RuO2 또는 IrO2 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진다. At this time, the
이와 같이 형성된 실린더형 캐패시터(140)는 후속 공정에 의해 형성되는 제 2 비트 라인 콘택(도 8의 146 참조)의 일부와 배선용 콘택(도 8의 150 참조)의 식각 깊이가 달라 상부 전극(138)의 두께를 두껍게 형성하였던 종래의 컨케이브형 캐패시터와는 달리 상부 전극(138)의 두께를 얇게 형성할 수 있다는 장점이 있다. 그리고, 후속 공정에 의해 형성되는 제 2 비트 라인 콘택(도 8의 146 참조)의 일부와 배선용 콘택(도 8의 150 참조)은 실린더형 캐패시터의 유전막(136)과 상부 전극(138)의 두께만큼 차이가 나기 때문에 배선용 콘택(도 8의 150 참조) 형성시 과식각이 우려될 경우 상부 전극(138)의 측면 두께는 증가시키지 않고 수평 두께만 증가시켜 실린더형 캐패시터(140)를 완성할 수 있다. The
이와 같이 실린더형 캐패시터(140)를 완성하고 난 다음, 제 1 비트 라인 콘택(126)과 연결되는 제 2 비트 라인 콘택(도 8의 146 참조)을 형성하기 위해 제 1 비트 라인 콘택(126) 상부에 위치하는 실린더형 캐패시터의 소정 영역을 식각한다. 따라서 이중층으로 형성된 층간 절연막 및 식각 저지막 내에 포함된 제 1 비트 라 인 콘택(126)의 상부가 노출된다. After completing the
이와 같이 제 1 비트 라인 콘택(126)의 상부를 노출시킨 다음 도 8에 도시된 바와 같이, 실린더형 캐패시터(140)를 채우는 제 3 층간 절연막(142)을 형성한다. 이 때 제 3 층간 절연막(142)은 갭 필링(gap filling)이 우수한 물질인 O3 TEOS(SOG), TOSZ, SA(Sub-Atmospheric)-CVD 등이 사용될 수 있다. As such, the upper portion of the first
실린더형 캐패시터(140) 상에 제 3 층간 절연막(142)을 형성하고 나면 포토레지스트 패턴 등과 같은 식각 마스크를 이용하여 제 3 층간 절연막(142)을 부분 식각함으로써 제 2 비트 라인 콘택 홀(144) 및 배선용 콘택 홀(148)을 동시에 형성한다. 이 때 제 2 비트 라인 콘택 홀(144)은 하부에 형성된 제 1 비트 라인 콘택 홀(124)과 연결되며, 배선용 콘택 홀(148)은 캐패시터의 상부 전극(138)과 연결된다.After the third
이와 같이 제 2 비트 라인 콘택 홀(144) 형성시 하부에 하부 전극 콘택(122)보다 높게 올라와 있는 제 1 비트 라인 콘택(126)이 형성되어 있어 제 2 비트 라인 콘택 홀(144) 형성시 식각 깊이가 줄어든다. 따라서 종래에는 제 2 비트 라인 콘택 홀(144) 형성시 하부 CD(Critical Dimension)가 감소되었던 것과 달리 제 2 비트 라인 콘택 홀의 상부 CD와 하부 CD를 동일하게 유지시킬 수 있다. As such, when the second bit
그리고, 제 2 비트 라인 콘택 홀(144)의 식각 깊이와 배선용 콘택 홀(148)의 식각 깊이는 캐패시터의 상부 전극(138)과 유전막(136)의 두께만큼 단차가 발생된다. 따라서 종래에는 제 2 비트 라인 콘택 홀(144)과 배선용 콘택 홀(148)의 단차 가 커 캐패시터의 상부 전극(138)이 과식각되었던 것과 달리 캐패시터의 상부 전극(138)의 수평 두께를 충분히 두껍게 형성하면 상부 전극(138)이 과식각되는 것을 방지할 수 있다.The etch depth of the second bit
이와 같이 제 2 비트 라인 콘택 홀(144) 및 배선용 콘택 홀(148)을 형성하고 난 다음에는 제 2 비트 라인 콘택 홀(144)과 배선용 콘택 홀(148) 내부에 금속 물질을 증착하여 제 2 비트 라인 콘택(146)과 배선용 콘택(150)을 완성한다. 이 때, 제 2 비트 라인 콘택(146)과 배선용 콘택(150)은 먼저 배리어 금속막을 증착하고 난 다음 금속 물질을 증착하도록 한다. 이 때 배리어 금속막은 콘택의 접촉성을 증가시키고 금속 물질의 확산을 방지하기 위한 TiN 또는 Ti+TiN 물질로 형성된다. 그리고 금속 물질은 W, Ti 또는 TiN이거나 이들의 조합 물질이 사용된다After forming the second bit
이와 같이 제 2 비트 라인 콘택 홀(144)과 배선용 콘택 홀(148)을 채우는 금속 물질을 증착하고 난 다음 평탄화 공정을 수행한다. 그리고 나서 비트 라인(152) 및 배선(154)을 형성하기 위한 Cu 또는 Al을 증착하고 패터닝하면 도 1에 도시된 바와 같이 비트 라인(152)과 배선(154)이 형성된다. As described above, after depositing the metal material filling the second bit
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention belongs may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
상기한 바와 같이 본 발명의 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 따르면 층간 절연막 및 식각 저지막을 이중층으로 형성함으로써 비트 라인 콘택의 일부를 하부 전극 콘택의 높이보다 높게 형성할 수 있다. 따라서 이후에 형성되는 나머지 비트 라인 콘택의 높이가 감소되므로 비트 라인 콘택을 형성하기 위한 식각 공정을 보다 효과적으로 할 수 있다. As described above, according to the semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, a portion of the bit line contact may be formed higher than the height of the lower electrode contact by forming the interlayer insulating film and the etch stop layer as a double layer. Therefore, since the height of the remaining bit line contacts to be formed later is reduced, the etching process for forming the bit line contacts can be more effectively performed.
그리고, 이중층으로 형성된 층간 절연막 및 식각 저지막의 일부가 실린더형 캐패시터를 지지함으로써 높이 증가에 따른 캐패시터의 쓰러짐이 방지될 수 있다.In addition, since a portion of the interlayer insulating layer and the etch stop layer formed of the double layer support the cylindrical capacitor, the capacitor may be prevented from falling due to the height increase.
또한, 하부 전극 내부와 외부에 유전막 및 상부 전극을 형성함으로써 캐패시터를 형성한 다음에 형성되는 비트 라인 콘택의 일부와 배선용 콘택의 단차가 줄어들어 배선용 콘택 형성시 상부 전극이 과식각되는 것을 방지할 수 있다.In addition, by forming a dielectric film and an upper electrode inside and outside the lower electrode, a step difference between a portion of the bit line contact and the wiring contact formed after the capacitor is formed may be reduced, thereby preventing overetching of the upper electrode when forming the wiring contact. .
Claims (15)
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| KR1020040107974A KR20060068993A (en) | 2004-12-17 | 2004-12-17 | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
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| KR1020040107974A KR20060068993A (en) | 2004-12-17 | 2004-12-17 | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114420641A (en) * | 2020-10-28 | 2022-04-29 | 长鑫存储技术有限公司 | Method for forming semiconductor structure and semiconductor structure |
-
2004
- 2004-12-17 KR KR1020040107974A patent/KR20060068993A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN114420641B (en) * | 2020-10-28 | 2024-06-07 | 长鑫存储技术有限公司 | Method for forming semiconductor structure and semiconductor structure |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20041217 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |