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KR100505446B1 - Ferroelectric random access memory and method for fabricating the same - Google Patents

Ferroelectric random access memory and method for fabricating the same Download PDF

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KR100505446B1
KR100505446B1 KR10-2003-0026943A KR20030026943A KR100505446B1 KR 100505446 B1 KR100505446 B1 KR 100505446B1 KR 20030026943 A KR20030026943 A KR 20030026943A KR 100505446 B1 KR100505446 B1 KR 100505446B1
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lower electrode
lower electrodes
cell
conductive layer
ferroelectric
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오상현
양영호
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주식회사 하이닉스반도체
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Publication date
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
    • H10B53/10Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors characterised by the top-view layout

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명은 강유전체 메모리소자의 캐패시터와 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 셀간의 간격을 최소한으로 보장하며, 또한 필요에 따라서는 조절 가능하므로 메모리 소자를 제작하는데 있어 공정상 안정성 확보와 소자의 신뢰성을 확보하면서 셀면적을 감소시킬 수 있게 되어 고집적 강유전체 메모리 개발에 기여할 수 있다. The present invention relates to a capacitor of a ferroelectric memory device and a method of manufacturing the same. According to the present invention, the cell-to-cell spacing is minimized and can be adjusted as necessary. The cell area can be reduced while ensuring reliability, contributing to the development of highly integrated ferroelectric memory.

Description

강유전체 메모리 소자 및 그 제조방법{Ferroelectric random access memory and method for fabricating the same} Ferroelectric memory device and method for manufacturing the same {Ferroelectric random access memory and method for fabricating the same}

본 발명은 강유전체 메모리 소자(FeRAM : Ferroelectric Random Access Memory) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인접한 셀들간의 커패시터 하부전극이 서로 단락되지 않도록 하면서 최소한의 간격을 갖도록 하여 고집적화 및 공정의 안정성 확보를 가져다 주는 강유전체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric random access memory (FeRAM) and a method of manufacturing the same, and more particularly, to minimize integration of capacitor lower electrodes between adjacent cells so as to have a minimum spacing while maintaining high integration and process stability. The present invention relates to a ferroelectric memory device and a method of manufacturing the same.

반도체 메모리소자에 있어서 FeRAM은 캐패시터로 강유전체를 사용하여 DRAM(Dynamic Random Access Memory)에서 반드시 필요한 리프레시의 한계를 극복하고 또한 비휘발성 메모리로서 전원이 끊어진 상태에서도 정보를 저장할 수 있어 차세대 기억소자롤 각광을 받고 있으며, 그 응용분야는 정보저장용 스마트 카드에서부터 휴대기기의 메모리까지 다양하다.In semiconductor memory devices, FeRAM uses a ferroelectric as a capacitor to overcome the limitations of refreshing in DRAM (Dynamic Random Access Memory), and to store information even when the power is cut off as a nonvolatile memory. Its applications range from smart cards for information storage to memory in mobile devices.

종래의 기술에 따른 메모리 캐패시터의 구조를 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. A structure of a memory capacitor according to the related art will be described with reference to FIGS. 1A and 1B as follows.

일반적으로 강유전체 커패시터는 도 1a에서 예시한 바와 같이 절연막(11)과 콘택 플러그(12) 상에 형성되어 그 단면 형상이 사다리꼴인 하부전극(13)과, 하부전극(1) 상에 형성되는 강유전체(1)와 강유전체상에 형성되는 상부전극(16)으로 구성된다.In general, the ferroelectric capacitor is formed on the insulating film 11 and the contact plug 12 as illustrated in FIG. 1A and has a lower electrode 13 having a trapezoidal cross-sectional shape and a ferroelectric formed on the lower electrode 1 ( 1) and the upper electrode 16 formed on the ferroelectric.

그리고, 상기한 강유전체 커패시터는 강유전체 메모리 소자의 각 메모리 셀에 하나씩 구비되는 바, 서로 인접하는 제1셀과 제2셀의 각 하부전극(13)을 서로 전기적으로 분리되어야 한다. 이를 위해 제1셀과 제2셀의 각 하부전극(13) 사이에는 분리절연막(14)이 형성된다.In addition, the ferroelectric capacitor is provided in each memory cell of the ferroelectric memory device, and the lower electrodes 13 of the first and second cells adjacent to each other should be electrically separated from each other. To this end, a separation insulating layer 14 is formed between each lower electrode 13 of the first cell and the second cell.

한편, 고집적 강유전체 메모리를 개발하기 위해, 현재 DRAM등 고집적 메모리의 개발과 더불어 전공정(Front End of Process; FEOL)의 집적화는 이미 충분한 정도로 개발되어 있으나, 강유전체 캐패시터 제조 공정을 포함하는 후공정(Back End of Process; BEOL)에서의 집적화가 강유전체 메모리의 고집적화에 열쇠를 쥐고 있다. 강유전막의 화학증착법은 아직 충분히 개발되지 않은 상태이므로 적어도 한동안은 3차원 형상의 캐패시터의 적용은 어려우며, MOD(Metalorganic Decomposition), 졸-겔, 스퍼터링 등의 방법으로 제조한 평판 캐패시터만이 메모리 개발에 응용되는 추세이다. Meanwhile, in order to develop a highly integrated ferroelectric memory, the integration of a front end of process (FEOL) as well as the development of a high density memory such as DRAM has already been developed to a sufficient degree, but a post process including a ferroelectric capacitor manufacturing process (Back Integration in the End of Process (BEOL) holds the key to high integration of ferroelectric memory. Since the chemical vapor deposition of ferroelectric films has not been fully developed, it is difficult to apply three-dimensional capacitors for at least a while. It is a trend.

이러한 경우에 캐패시터의 면적은 상하부전극의 크기가 결정하게 되며 상부전극의 경우에는 인접한 두 개의 셀이 하나의 상부전극을 공유할 수 있으므로 (Share Cell Plate), 결국 강유전체 캐패시터, 나아가 강유전체 메모리의 셀면적은 강유전체 캐패시터의 하부전극의 크기와 각각의 하부전극간의 간격이 결정하게 된다.In this case, the area of the capacitor is determined by the size of the upper and lower electrodes, and in the case of the upper electrode, since two adjacent cells may share one upper electrode (Share Cell Plate), the cell area of the ferroelectric capacitor, and thus the ferroelectric memory. The size of the bottom electrode of the ferroelectric capacitor and the distance between each bottom electrode are determined.

그런데 통상의 강유전체 메모리소자에서는 하부전극으로 일반적으로 귀금속(noble metal)을 사용하게 되며, 귀금속을 식각하는 경우 귀금속은 식각기체들과 화학적으로 반응하지 못하고 물리적 충돌로 식각해야 하기 때문에 귀금속이 경사 식각(sloped etch)되는 것을 고려하여 도1b와 같이 하부전극간에 간격(C)을 두고 있다. 도 1b에서 실제적으로 강유전체와 접하여 커패시터로서 작용하는 하부전극의 크기는 참조번호 'A' 부분으로서, 하부전극의 식각시 사용될 마스크(레티클)의 실제 레이아웃이다. 참조번호 'B'부분은 경사식각에 의해 증대된 면적이다.However, in a conventional ferroelectric memory device, a noble metal is generally used as a lower electrode, and when etching a noble metal, the noble metal is etched by physical collision because the noble metal does not react chemically with the etching gases and must be etched by physical collision. In consideration of being sloped etched, a gap C is provided between the lower electrodes as shown in FIG. In FIG. 1B, the size of the lower electrode actually serving as a capacitor in contact with the ferroelectric is a reference numeral 'A', and is an actual layout of a mask (reticle) to be used for etching the lower electrode. Reference numeral 'B' is the area increased by the inclined etching.

결국, 종래기술은 경사 식각에 의해 증대되는 면적을 고려하여 인접되는 셀의 하분전극 간에 별도의 간격(참조번호 'C') 고려하여야 하므로 집적도는 떨어지게 된다.As a result, the prior art has to consider a separate interval (reference number 'C') between the lower electrodes of adjacent cells in consideration of the area that is increased by the inclined etching, the degree of integration is reduced.

현재 이러한 문제점 즉 경사식각을 고려하면서도 셀면적을 줄이기 위한 방법으로 하부전극의 크기를 줄이거나 또는 하부전극의 두께를 줄이는 방법을 시도하고 있다. 하부전극의 두께를 줄이면 그 만큼 경사식각에 의해 늘어난 면적이 최소화되기 때문이다.At present, in consideration of this problem, that is, an inclination etching, a method of reducing the size of the lower electrode or reducing the thickness of the lower electrode is attempted to reduce the cell area. This is because reducing the thickness of the lower electrode minimizes the area enlarged by the inclined etching.

그러나 상기의 하부전극의 크기를 줄이는 방법에는 캐패시터에 저장 가능한 전하량이 따라서 감소하기 때문에 한계가 있고, 상기의 하부전극의 두께를 줄이는 방법의 경우는 하부전극의 특성이 저하되므로 한계가 있다. However, the method of reducing the size of the lower electrode is limited because the amount of charge that can be stored in the capacitor decreases accordingly, and the method of reducing the thickness of the lower electrode has a limitation because the characteristics of the lower electrode are degraded.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 하부전극이 경사식각되어 늘어나는 크기를 고려하지 않고도 하부전극간의 단락 없이 하부전극을 안정적으로 형성하면서 하부전극들간의 간격을 최소화 하여 고집적화를 구현할 수 있는 강유전체 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, by minimizing the gap between the lower electrodes while stably forming the lower electrode without short circuit between the lower electrodes without considering the size of the lower electrode is inclined etching. An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device capable of achieving high integration and a method of manufacturing the same.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 강유전체 메모리 소자 제조 방법은, 행 및 열방향으로 매트릭스 배열된 섬 형상의 복수의 하부전극을 형성하기 위한 강유전체 메모리 소자 제조 방법에 있어서, 기판상에 제1도전층을 증착하는 단계; 모자이크 모양으로 배열된 복수의 차광패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 상기 복수의 하부전극중에서 일부분의 하부전극에 대응하는 제1ㅎ부전극을 형성하는 단계; 상기 패턴된 제1도전층을 포함하는 기판 전체상부에 절연막을 증착하는 단계; 상기 절연막을 마스크없이 전면 건식식각하여 상기 패턴된 제1도전층의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 패턴된 제1도전층과 상기 절연막 스페이서를 포함하는 기판 전체상부에 제2도전층을 형성하는 단계; 상기 제2도전층을 화학기계적연마하여 상기 복수의 하부전극중에서 일부분의 하부전극에 대응하는 제2하부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A ferroelectric memory device manufacturing method of the present invention for achieving the above technical problem, in the ferroelectric memory device manufacturing method for forming a plurality of island-shaped bottom electrode arranged in a matrix in the row and column direction, the first on the substrate Depositing a conductive layer; Forming a first sub-electrode corresponding to a portion of the lower electrodes of the plurality of lower electrodes by using a photomask having a plurality of light blocking patterns arranged in a mosaic shape; Depositing an insulating film on an entire substrate including the patterned first conductive layer; Dry etching the insulating film without a mask to form insulating film spacers on sidewalls of the patterned first conductive layer; Forming a second conductive layer over the entire substrate including the patterned first conductive layer and the insulating layer spacer; And chemically polishing the second conductive layer to form a second lower electrode corresponding to a portion of the lower electrodes of the plurality of lower electrodes.

또한 본 발명의 강유전체 메모리 소자는, 기판상에 섬 형상으로 패터닝되며 가장자리 둘레의 측면이 하부쪽에서 점차 넓어지는 형상을 갖는 제1셀의 하부전극; 상기 제1셀의 하부전극과 측면방향에서 분리되어 상기 기판 상에 섬 형상으로 형성되며 가장자리 둘레의 단면이 하부쪽에서 점차 좁아지는 형상을 갖는 제2셀의 제2하부전극; 상기 제1셀의 하부전극과 상기 제2셀의 하부전극의 분리 영역 형성되는 분리절연막; 상기 제1 및 제2 셀의 각 하부전극과 상기 분리절연막 상에 형성되는 강유전체; 상기 강유전체 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the ferroelectric memory device of the present invention comprises: a lower electrode of a first cell patterned in an island shape on a substrate and having a shape in which a side of a circumferential edge gradually widens from a lower side thereof; A second lower electrode of the second cell which is separated from the lower electrode of the first cell in a lateral direction and formed in an island shape on the substrate and whose cross section around the edge is gradually narrowed from the lower side; A separation insulating layer formed in a separation region between the lower electrode of the first cell and the lower electrode of the second cell; Ferroelectrics formed on each of the lower electrodes of the first and second cells and the isolation insulating film; It characterized in that it comprises an upper electrode formed on the ferroelectric.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a는 본 발명에 따른 강유전체 캐패시터의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2b는 본 발명에 따른 하부전극의 레이아웃을 나타낸 도면이다.Figure 2a is a view showing the structure of the ferroelectric capacitor according to the present invention, Figure 2b is a view showing the layout of the lower electrode according to the present invention.

도 2a에는 4개의 셀에 대한 각 강유전체 커패시터 도시되어 있고, 도 2b는 3개의 셀에 대응하는 하부전극만이 도시된 것이다.2A shows each ferroelectric capacitor for four cells, and FIG. 2B shows only the bottom electrode corresponding to the three cells.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1셀 및 제3셀의 하부전극(23a, 23c)이 기판상에 섬 형상으로 패터닝되며 가장자리 둘레의 측면이 하부쪽에서 점차 넓어지는 형상을 갖는다.2A and 2B, the lower electrodes 23a and 23c of the first and third cells are patterned in an island shape on the substrate, and the sides around the edges are gradually widened from the lower side.

제1셀 및 제3셀의 사이의 제2셀의 하부전극(23b)는 인접한 셀의 하부전극과 측면방향에서 분리되어 섬 형상으로 형성되며 가장자리 둘레의 단면이 하부쪽에서 점차 좁아지는 형상을 갖는다. 제4셀의 하부전극(23d)도 마찬가지이다.The lower electrode 23b of the second cell between the first cell and the third cell is separated from the lower electrode of the adjacent cell in the lateral direction and formed in an island shape, and the cross-section around the edge is gradually narrowed from the lower side. The same applies to the lower electrode 23d of the fourth cell.

그리고, 상호 인접한 셀들의 각 하부전극은 분리절연막(24)에 의해 측면 방행에서 분리되어 있다.In addition, the lower electrodes of the adjacent cells are separated in the lateral direction by the isolation insulating layer 24.

각 셀의 하분전극과 분리절연막 상에는 강유전체(25)가 형성되고, 그 상부에는 플레이트 전극인 상부전극(26)이 형성된다.A ferroelectric 25 is formed on the lower electrode and the isolation insulating film of each cell, and an upper electrode 26 which is a plate electrode is formed thereon.

하부전극들은 절연막(21)과 이를 관통하여 트랜지스터의 접합에 콘택되는 콘택플러그(22) 상에 형성되어 전하저장전극의 역할을 한다.The lower electrodes are formed on the contact plug 22 penetrating the insulating film 21 and the junction of the transistor to serve as a charge storage electrode.

하부전극 및/또는 상부전극은 Pt, Ir, IrOx, Ru, Re, Rh 또는 이들의 복합구조중 하나를 이용하여 구성되고,이러한 귀금속 계열의 전극은 식각기체들과 화학적으로 반응하지 못하고 물리적으로 식각해야 하기 때문에 기울어지게 식각(sloped etch)되며, 하부전극의 식각 각도(etch slope angle)는 45°보다 크고 90°보다 작게 된다. The lower electrode and / or the upper electrode is formed using Pt, Ir, IrOx, Ru, Re, Rh, or one of these complex structures, and these precious metal-based electrodes do not chemically react with the etching gas and are physically etched. Because it must be etched (sloped etch), the etch slope angle (etch slope angle) of the lower electrode is greater than 45 ° and less than 90 °.

강유전체은 SrBi2Ta2O9 (이하 SBT), (Bi,La)4Ti3O12 (이하 BLT), (Pb,Zr)TiO3 (이하 PZT)중의 하나를 이용할 수 있다. 유전물질(Dielectric)은 가해진 전압에 의해 전하가 유발되는 특징을 갖고 있고 특히 강유전체는 이중극자 분극(Dipole Polarization)을 이용하는 재료이다. 강유전체 물질은 분극(Polarization)을 이용하여 쓰여진 전하(Charge)의 양에따라 '0'과 '1'을 구분하고 이것을 메모리에 이용하는 것이다. 바람직하게는 상기 SBT, BLT, PZT는 조성을 변화시키거나 불순물을 첨가하여 사용한다. 또한 상기 강유전물질은 페로브스카이트구조(perovskite structure)이거나 층상 페로브스카이트 구조(layered perovskite structure)를 가진다.As the ferroelectric, one of SrBi 2 Ta 2 O 9 (hereinafter referred to as SBT), (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 (hereinafter referred to as BLT) and (Pb, Zr) TiO 3 (hereinafter referred to as PZT) can be used. Dielectric has the characteristic that charge is induced by applied voltage, and especially ferroelectric material using dipole polarization. Ferroelectric materials use polarization to distinguish between '0' and '1' based on the amount of charge written, and use them in memory. Preferably, the SBT, BLT, PZT is used by changing the composition or by adding impurities. In addition, the ferroelectric material has a perovskite structure or a layered perovskite structure.

분리절연막(24)은 셀간의 방해 현상(disturbance)을 막기 위하여 저유전막(low-k dielectric)으로 형성하고, 인접하는 하부전극들 사이에서 3∼1000Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다.The isolation insulating film 24 is formed of a low-k dielectric in order to prevent disturbance between cells, and preferably has a thickness of 3 to 1000 인접 between adjacent lower electrodes.

도 2b를 참조하면, 강유전체와 접하여 커패시터로서 작용하는 하부전극의 크기는 참조번호 'A' 부분으로서, 하부전극의 식각시 사용될 마스크(레티클)의 실제 레이아웃이다. 본 발명의 구조는 종래와 다르게 경사식각에 의한 면적 증대를 감안할 필요없이 참조번호 'D'의 간격만을 고려하면 된다. 이후의 제조 공정에서 설명되겠지만 참조번호 'D'의 간격이 분리절연막(24)의 증착 두께가 된다.Referring to FIG. 2B, the size of the lower electrode serving as a capacitor in contact with the ferroelectric is a portion 'A', which is an actual layout of a mask (reticle) to be used for etching the lower electrode. The structure of the present invention does not have to consider the area increase due to the inclined etching unlike the conventional art, and only needs to consider the interval of the reference numeral 'D'. As will be described later in the manufacturing process, the interval between the reference numeral 'D' becomes the deposition thickness of the isolation insulating film 24.

결국, 종래기술은 경사 식각에 의해 증대되는 면적을 고려하여 인접되는 셀의 하부전극 간에 별도의 간격(도 1b의 참조번호 'C') 고려하여야 하므로 집적도는 떨어지게 되지만, 본 발명은 상호 인접하는 셀의 하부전극의 단면이 서로 다른 점대칭 형상을 하고 있으므로, 경사식각에 의한 면적 증대를 고려할 필요가 없다.As a result, the prior art has to consider a separate spacing between the lower electrodes of adjacent cells in consideration of the area increased by the inclined etching (reference numeral 'C' in FIG. 1B), so that the degree of integration decreases, but the present invention is adjacent to each other. Since the cross-sections of the lower electrodes have different point symmetric shapes, it is not necessary to consider the area increase due to the inclined etching.

따라서, 인접하는 하부전극의 단락을 걱정할 필요가 없고 또한 동일한 크기의 하부전극을 형성하면사도 상대적으로 적은 면적에서 복수의 하부전극을 레이아웃할 수 있다.Therefore, it is not necessary to worry about the short circuit of adjacent lower electrodes, and forming lower electrodes of the same size can lay out a plurality of lower electrodes in a relatively small area.

다음으로 상기한 구조를 갖는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법에 대한 바람직한 실시예를 도 3a 내지 도 3d, 그리고 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. Next, a preferred embodiment of the method of manufacturing the ferroelectric memory device having the above-described structure will be described with reference to FIGS. 3A to 3D and FIGS. 4A and 4B.

상기한 구조의 하부전극은 평면적으로 행 및 열방향으로 매트릭스 배열된 섬 형상으로서 복수개 형성된다.The lower electrodes of the above structure are formed in plural as island shapes arranged in a matrix in rows and columns in plan view.

먼저, 도 3a와 같이 기판(절연막 및 플러그가 형성된 상태) 상에 제1도전층을 증착하고, 모자이크 모양으로 배열된 복수의 차광패턴을 갖는 포토마스크(도 4a 참조)를 사용하여 제1세 및 제3셀의 하부전극(23a, 23c)을 형성한다. 제1도전층은 노블계 금속으롯 식각시 경사지게 된다. First, as shown in FIG. 3A, a first conductive layer is deposited on a substrate (a state in which an insulating film and a plug are formed), and a photomask having a plurality of light blocking patterns arranged in a mosaic shape (see FIG. 4A) is used. Lower electrodes 23a and 23c of the third cell are formed. The first conductive layer is inclined during etching with the noble metal.

이어서, 패턴된 하부전극(23a, 23c)을 포함하는 기판 전체 상부에 절연막(24)을 증착한다.Next, an insulating film 24 is deposited on the entire substrate including the patterned lower electrodes 23a and 23c.

계속해서, 도3b를 참조하면, 절연막(24)을 마스크없이 전면 건식식각하여 상기 패턴된 하부전극(23a, 23c)의 측벽에 스페이서를 형성하는 바, 이 절연막 스페이서가 분리절연막(24)이 된다.Subsequently, referring to FIG. 3B, the insulating film 24 is completely dry-etched without a mask to form a spacer on the sidewalls of the patterned lower electrodes 23a and 23c, and the insulating film spacer becomes a separation insulating film 24. .

이어서, 도 3c와 같이 패턴된 하부전극과 절연막 스페이서를 포함하는 기판 전체상부에 제2도전층(230)을 형성한다.Subsequently, a second conductive layer 230 is formed on the entire substrate including the patterned lower electrode and the insulating layer spacer as shown in FIG. 3C.

이어서, 도 3d와 같이, 제2도전층(230)을 화학기계적연마(chemical mechanical polishing : CMP)하여 제2 및 제4 셀의 하부전극(23b, 23d)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3D, the second conductive layer 230 is chemical mechanical polished (CMP) to form lower electrodes 23b and 23d of the second and fourth cells.

상기 제조방법을 적용하면 하부전극의 식각 과정에서 하부전극이 기울어지게 식각되어도, 분리절연막을 증착하고 전면식각하여 스페이서를 형성한 다음, 화학적기계적연마에 의해 인접 셀의 하부전극을 형성하면, 인접한 셀의 하부전극들 사이에 분리절연막이 항상 존재하므로 하부전극의 단락을 염려할 필요없다. 그리고, 하부전극의 면적 및 두께를 줄일 필요없이 고집적화가 가능하다.When the manufacturing method is applied, even when the lower electrode is inclinedly etched during the lower electrode etching process, the isolation insulating layer is deposited, the entire surface is etched to form a spacer, and then the lower electrode of the adjacent cell is formed by chemical mechanical polishing. There is no need to worry about the short circuit of the lower electrode since the isolation insulating film is always present between the lower electrodes of. In addition, high integration is possible without reducing the area and thickness of the lower electrode.

한편, 분리절연막(24)은 하부전극의 토폴로지(topology)를 충분히 따라갈 수 있도록 화학증착법(chemical vapor deposition:CVD)이나 원자층 증착법(atomic layer deposition:ALD)으로 증착하는 것이 바람직하다.On the other hand, the isolation insulating film 24 is preferably deposited by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) to sufficiently follow the topology of the lower electrode.

또한, 제2도전층은 제1도전층의 하부전극(23a, 23c)가 덮히도록 충분히 두껍게 증착한 후, 제2도전층의 하부전극이 드러날때까지 화학적기계적연마(chemical mechanical polishing:CMP)하여 형성한다.Further, the second conductive layer is deposited thick enough to cover the lower electrodes 23a and 23c of the first conductive layer, and then chemical mechanical polishing (CMP) until the lower electrode of the second conductive layer is exposed. Form.

도 4b는 제1도전층을 식각할때 사용되는 마스크(레티클)의 다른에를 도시한 평면도로서, 제1도전층을 식각할 때 패턴의 크기가 작아지면 모서리가 둥글게 식각되는 현상인 라운딩현상(rounding)으로 인해 결과적으로 그려진 면적보다 캐패시터로 작용하는 면적이 줄어드는 문제를 극복하기 위한 것이다.FIG. 4B is a plan view of another mask (reticle) used to etch the first conductive layer. When etching the first conductive layer, the rounding phenomenon is a phenomenon in which corners are etched when the size of the pattern decreases. This is to overcome the problem that the area acting as a capacitor is smaller than the area drawn as a result of the rounding.

다시 도4a를 참조하면 하부전극을 형성하기 위한 포토마스크(레티클)는, 행 열 방향으로 매트릭스 배열된 복수의 도전패턴중에서 일부분의 도전패턴에 대응하는 패턴으로서 모자이크 모양으로 배열된 복수의 차광패턴(42)을 포함하고, 상기 복수의 도전패턴중에서 나머지 부분의 도전패턴에 대응하는 패턴으로서 모자이크 모양으로 배열된 복수의 투과패턴(46)을 포함하여 구성된다.Referring again to FIG. 4A, a photomask (reticle) for forming a lower electrode may include a plurality of light blocking patterns arranged in a mosaic shape as a pattern corresponding to a portion of the conductive patterns among a plurality of conductive patterns arranged in a matrix in a row column direction. 42) and a plurality of transmission patterns 46 arranged in a mosaic shape as a pattern corresponding to the conductive patterns of the remaining portions of the plurality of conductive patterns.

도 4b에 도시된 마스크를 참조하면, 차광패턴(42) 및 투과패턴(46)과 더불어, 도전패턴 식각시의 라운딩 효과에 의해 감소되는 면적을 보상하기 위하여 상기 복수의 차광패턴은 모서리 부분에서 이웃하는 도전패턴의 모서리 부분으로 확장된 패턴부(44)를 더 포함한다.Referring to the mask illustrated in FIG. 4B, in addition to the light shielding pattern 42 and the transmission pattern 46, the plurality of light shielding patterns may be adjacent to each other at edges to compensate for the area reduced by the rounding effect during the etching of the conductive pattern. The pattern portion 44 further extended to the corner portion of the conductive pattern to be further included.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어진 본 발명은, 하부전극의 식각 과정에서 하부전극이 기울어지게 식각되어도, 분리절연막이 인접한 하부전극 사이에 증착한 두께만큼 존재하고 서로 점대칭의 반대의 기울기를 가지므로 셀면적의 증가가 미미하게 된다.According to the present invention as described above, even when the lower electrode is etched inclined during the etching of the lower electrode, the isolation insulating film is present as the thickness deposited between the adjacent lower electrodes and has an inclination opposite to the point symmetry with each other, thereby increasing the cell area. It becomes insignificant.

또한 셀과 셀 간의 간격이 스스로 발생하도록 함으로써 셀간의 간격을 최소한으로 보장하며, 필요에 따라서는 조절 가능하므로 메모리 소자를 제작하는데 있어 공정상 안정성 확보와 소자의 신뢰성을 확보하면서 셀면적을 감소시킬 수 있게 된다.In addition, the cell-to-cell spacing ensures a minimum cell-to-cell spacing, and can be adjusted as necessary, so that the cell area can be reduced while securing process stability and device reliability in manufacturing memory devices. Will be.

본 발명은 128M이상의 고집적 강유전체 메모리 소자 개발에 기여할 수 있다. The present invention can contribute to the development of highly integrated ferroelectric memory devices of more than 128M.

도 1a는 종래의 기술에 따라 제작된 강유전체 캐패시터의 구조를 나타낸 도면.1A is a view showing the structure of a ferroelectric capacitor manufactured according to the prior art.

도 1b는 경사진 식각을 고려하여 하부전극간에 간격(space)을 둔 하부전극의 레이아웃(layout)을 나타낸 도면.1B is a view showing a layout of a lower electrode having a space between the lower electrodes in consideration of an inclined etching.

도 2a는 본 발명에 따른 강유전체 캐패시터의 구조를 나타낸 도면. 2A is a view showing the structure of a ferroelectric capacitor according to the present invention.

도 2b는 본 발명에 따른 하부전극의 레이아웃을 나타낸 도면.Figure 2b is a view showing the layout of the lower electrode according to the present invention.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따라 하부전극을 형성하는 방법의 각 단계를 나타낸 도면.3A to 3D are diagrams illustrating each step of a method of forming a lower electrode according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 본 발명에 따른 하부전극을 형성하기 위한 모자이크 모양의 하부전극 마스크(레티클)를 나타낸 도면.4A illustrates a mosaic-shaped lower electrode mask (reticle) for forming the lower electrode according to the present invention.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하부전극 마스크의 레이아웃.4B is a layout of a lower electrode mask according to another embodiment of the present invention.

Claims (8)

기판상에 섬 형상으로 패터닝되며 가장자리 둘레의 측면이 하부쪽에서 점차 넓어지는 형상을 갖는 제1셀의 하부전극;A lower electrode of the first cell patterned in an island shape on a substrate and having a shape in which a side of the edge is gradually widened from a lower side thereof; 상기 제1셀의 하부전극과 측면방향에서 분리되어 상기 기판 상에 섬 형상으로 형성되며 가장자리 둘레의 단면이 하부쪽에서 점차 좁아지는 형상을 갖는 제2셀의 제2하부전극; A second lower electrode of the second cell which is separated from the lower electrode of the first cell in a lateral direction and formed in an island shape on the substrate and whose cross section around the edge is gradually narrowed from the lower side; 상기 제1셀의 하부전극과 상기 제2셀의 하부전극의 분리 영역에 형성되는 분리절연막;A separation insulating layer formed in a separation region between the lower electrode of the first cell and the lower electrode of the second cell; 상기 제1 및 제2 셀의 각 하부전극과 상기 분리절연막 상에 형성되는 강유전체;Ferroelectrics formed on each of the lower electrodes of the first and second cells and the isolation insulating film; 상기 강유전체 상에 형성되는 상부전극을 포함하는 강유전체 메모리 소자.A ferroelectric memory device comprising an upper electrode formed on the ferroelectric. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 강유전막의 상부 및 하부 전극이 Pt, Ir, IrOx, Ru, Re, Rh의 그룹으로부터 선택된 어느하나 또는 이들의 복합 구조인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.The upper and lower electrodes of the ferroelectric film is any one selected from the group of Pt, Ir, IrOx, Ru, Re, Rh or a composite structure thereof. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1셀의 하부전극은 가장자리 둘레의 측면이 하부쪽에서 점차 넓어지는 기울기가 45°보다 크고 90°보다 작은 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.The lower electrode of the first cell is a ferroelectric memory device, characterized in that the inclination of the side around the edge gradually widens from the lower side is greater than 45 ° and less than 90 °. . . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분리절연막은 저유전막(low-k dielectric)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.The isolation insulating film includes a low-k dielectric. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 분리절연막은 상기 제1 및 제2 셀의 각 하부전극 사이에서 3∼1000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And the isolation insulating layer has a thickness of 3 to 1000 Å between each lower electrode of the first and second cells. 삭제delete 행 및 열방향으로 매트릭스 배열된 섬 형상의 복수의 커패시터 하부전극을 형성하기 위한 마스크에 있어서,A mask for forming a plurality of island-shaped capacitor lower electrodes arranged in a matrix in rows and columns, 상기 복수의 하부전극중에서 일부분의 하부전극에 대응하는 패턴으로서 모자이크 모양으로 배열된 복수의 차광패턴; 및A plurality of light blocking patterns arranged in a mosaic shape as a pattern corresponding to a portion of the lower electrodes of the plurality of lower electrodes; And 상기 복수의 하부전극중에서 나머지 부분의 하부전극에 대응하는 패턴으로서 모자이크 모양으로 배열된 복수의 투과패턴을 포함하며,A plurality of transmission patterns arranged in a mosaic shape as a pattern corresponding to the lower electrodes of the remaining portions of the plurality of lower electrodes, 상기 복수의 차광패턴은 평면적으로 사각형상을 가지며, 상기 하부전극 식각시의 라운딩 효과에 의해 감소되는 면적을 보상하기 위하여 상기 복수의 차광패턴은 모서리 부분에서 이웃하는 차광패턴의 모서리 부분으로 확장된 패턴부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.The plurality of light blocking patterns have a quadrangular shape in plan view, and the plurality of light blocking patterns extend from corners to corners of neighboring light blocking patterns in order to compensate for the area reduced by the rounding effect during the lower electrode etching. The mask further comprises a wealth. 행 및 열방향으로 매트릭스 배열된 섬 형상의 복수의 하부전극을 형성하기 위한 강유전체 메모리 소자 제조 방법에 있어서,A method of manufacturing a ferroelectric memory device for forming a plurality of island-shaped lower electrodes arranged in rows and columns in matrix, 기판상에 제1도전층을 증착하는 단계;Depositing a first conductive layer on the substrate; 모자이크 모양으로 배열된 복수의 차광패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 상기 복수의 하부전극중에서 일부분의 하부전극에 대응하는 제1하부전극을 형성하는 단계;Forming a first lower electrode corresponding to a part of the lower electrodes of the plurality of lower electrodes by using a photomask having a plurality of light blocking patterns arranged in a mosaic shape; 상기 패턴된 제1도전층을 포함하는 기판 전체상부에 절연막을 증착하는 단계;Depositing an insulating film on an entire substrate including the patterned first conductive layer; 상기 절연막을 마스크없이 전면 건식식각하여 상기 패턴된 제1도전층의 측벽에 절연막 스페이서를 형성하는 단계;Dry etching the insulating film without a mask to form insulating film spacers on sidewalls of the patterned first conductive layer; 상기 패턴된 제1도전층과 상기 절연막 스페이서를 포함하는 기판 전체상부에 제2도전층을 형성하는 단계;Forming a second conductive layer over the entire substrate including the patterned first conductive layer and the insulating layer spacer; 상기 제2도전층을 화학기계적연마하여 상기 복수의 하부전극중에서 일부분의 하부전극에 대응하는 제2하부전극을 형성하는 단계Chemical mechanical polishing the second conductive layer to form a second lower electrode corresponding to a portion of the lower electrodes of the plurality of lower electrodes 를 포함하는강유전체 메모리 소자 제조 방법.Ferroelectric memory device manufacturing method comprising a.
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