KR101043410B1 - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플로팅 바디 트랜지스터로 구성된 단위셀을 포함하는 고집적 반도체 기억 장치에서 이웃한 두 단위셀 간의 간섭을 차단하여 동작 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 기억 장치 및 그의 제조 방법를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 기억 장치는 하나의 활성 영역에 형성되는 복수의 단위셀 및 복수의 단위셀에 의해 공유되는 소스/드레인 영역을 양분하는 절연벽을 포함한다.The present invention provides a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same that can prevent interference between two neighboring unit cells in a highly integrated semiconductor memory device including a unit cell composed of a floating body transistor, thereby improving operation reliability. A semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of unit cells formed in one active region and an insulating wall bisecting source / drain regions shared by the plurality of unit cells.
산화막, 비트라인 콘택, 간섭 Oxide film, bit line contact, interference
Description
본 발명은 반도체 장치를 제조 방법에 관한 것으로, 특히 캐패시터를 포함하지 않은 고집적 반도체 기억 장치 내 포함된 단위셀을 제조하는 방법 및 그에 따른 장치에 관련된 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a unit cell included in a highly integrated semiconductor memory device that does not include a capacitor, and a related device.
반도체 기억 장치의 데이터 저장 용량이 증가하면서 다수의 단위셀의 크기는 점점 작아지고 있으며, 읽기 혹은 쓰기 동작을 위한 여러 구성 요소들의 크기 역시 줄어들고 있다. 따라서, 반도체 기억 장치 내부에 불필요하게 중첩되는 배선 혹은 트랜지스터가 있다면 통합하여 각각의 요소가 차지하는 면적을 최소화하는 것이 중요하다. 또한, 반도체 기억 장치 내 포함된 다수의 단위셀의 크기를 줄이는 것 역시 집적도 향상에 큰 영향을 미친다.As the data storage capacity of a semiconductor memory device increases, the size of many unit cells becomes smaller and the size of various components for reading or writing operations is also decreasing. Therefore, if there are unnecessary overlapping wirings or transistors in the semiconductor memory device, it is important to minimize the area occupied by each element. Reducing the size of a plurality of unit cells included in the semiconductor memory device also greatly affects the degree of integration.
일반적인 반도체 기억 장치 내 단위셀은 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성되어 있다. 하지만, 캐패시터와 트랜지스터 사이의 저장 노드(SN)에 임시 저장된 전하는 접합에서 발생하는 누설 전류 및 캐패시터의 특성으로 인한 누설 전류 등으로 인해 시간이 지남에 따라 감소하게 된다. 이러한 이유로 DRAM은 정기적 으로 단위셀들을 리프레쉬 해주어야 데이터가 소실되지 않을 수 있다. 이를 극복하기 위해, 단위셀 내 저장 노드(SN)에 많은 전하를 저장할 수 있도록 하기 위해 지금까지 캐패시터의 정전 용량 값(Cs)을 크게 하려고 노력하였다.A unit cell in a general semiconductor memory device is composed of one transistor and one capacitor. However, the charge temporarily stored in the storage node SN between the capacitor and the transistor decreases with time due to the leakage current caused by the junction and the leakage current due to the characteristics of the capacitor. For this reason, the DRAM must periodically refresh the unit cells to prevent data from being lost. To overcome this problem, attempts have been made to increase the capacitance value (Cs) of a capacitor so that a large amount of charges can be stored in a storage node (SN) in a unit cell.
캐패시터의 정전 용량 값(Cs)을 크게 하기 위한 대표적인 방법으로서, 캐패시터의 절연막으로 사용하던 산화막을 질화된 산화막 등과 같이 유전 상수가 큰 절연 물질로 형성한 고유전막으로 변경하여 누설 전류를 줄이는 방안과 캐패시터의 정전 용량 값(Cs)을 크게 하기 위하여 2차원의 평면 구조를 가지던 캐패시터를 3차원의 실린더 구조, 트렌치 구조 등으로 형성하여 캐패시터의 양측 전극의 표면적을 증가시키는 방법이 제안되었다. 하지만, 디자인 규칙(Design Rule)이 감소함에 따라 캐패시터를 형성할 수 있는 평면 면적이 줄어드는 것은 불가피할 뿐만 아니라, 캐패시터 내 절연막을 구성하는 물질의 개발도 어려워졌다. 이에 따라 단위셀 내 저장 노드(SN)의 접합 저항의 값과 트랜지스터의 턴온 저항값이 커짐에 따라 정상적인 읽기 및 쓰기 동작의 수행이 어려워지고 리프레쉬 특성도 나빠지는 현상이 벌어졌다.As a typical method for increasing the capacitance value Cs of the capacitor, there is a method of reducing the leakage current by changing the oxide film used as the insulating film of the capacitor to a high-dielectric-constant film formed of an insulating material having a large dielectric constant such as a nitrided oxide film, A method of increasing the surface area of both electrodes of a capacitor by forming a capacitor having a two-dimensional planar structure by a three-dimensional cylinder structure or a trench structure has been proposed in order to increase the capacitance value Cs of the capacitor. However, as the design rule is reduced, it is inevitable that the planar area for forming the capacitor is reduced, and it is also difficult to develop a material constituting the insulating film in the capacitor. Accordingly, as the value of the junction resistance of the storage node SN in the unit cell and the turn-on resistance value of the transistor become larger, the normal read and write operations become difficult to perform and the refresh characteristics become worse.
이를 개선하기 위해 제안된 개선된 반도체 기억 장치 내 단위셀은 플로팅 바디를 가지는 트랜지스터를 포함한다. 즉, 반도체 기억 장치가 단위셀에 종래에 데이터를 저장하기 위해 사용하였던 캐패시터를 포함하지 않고 단위셀 내 트랜지스터의 플로팅(floating)된 바디(body)에 데이터를 저장할 수 있도록 한 것이다.To improve this, a unit cell in the proposed improved semiconductor memory device includes a transistor having a floating body. That is, the semiconductor storage device can store data in a floating body of a transistor in a unit cell without including a capacitor used for storing data conventionally in a unit cell.
도 1a 및 1b는 캐패시터 없이 플로팅 바디 트랜지스터로 구성된 단위셀들로 구성된 일반적인 반도체 기억 장치의 셀 어레이를 설명하는 평면도와 단면도이다. 구체적으로, 도 1a는 각각의 활성 영역에 두 개의 단위셀이 형성된 셀 어레이를 설명하기 위한 평면도이며, 도 1b는 도 1a에 표시된 X-X' 축을 기준으로한 단면을 도시한다.1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a cell array of a general semiconductor memory device constituted by unit cells composed of floating body transistors without a capacitor. Specifically, FIG. 1A is a plan view for explaining a cell array in which two unit cells are formed in each active region, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the X-X 'axis shown in FIG. 1A.
도 1a를 참조하면, 셀 어레이 내에는 소자분리막(미도시)에 의해 정의된 섬(island) 형태의 활성 영역(110)이 행과 열 방향으로 정렬되어 정의되어 있다. 행 방향으로 이웃한 활성 영역(110)은 각각의 활성 영역(110)의 중앙을 가로지르는 워드 라인(120)을 공유하고 있으며, 세로 방향으로 이웃한 활성 영역(110) 사이에는 소자 분리막상에 형성된 더미 워드 라인(130)이 형성되어 있다. 하나의 활성 영역(110)을 가로지르는 두개의 이웃한 워드 라인(120) 사이에는 비트라인 콘택(140)이 형성되고, 활성 영역(110)상에 워드 라인(120)과 더미 워드 라인(130) 사이에는 소스라인 콘택(150)이 형성된다.Referring to FIG. 1A, an
도 1b를 참조하면, 셀 어레이는 하부 실리콘층(102), 매몰 절연막(104) 및 상부 실리콘층(106)을 포함하는 SOI기판(100) 상에 형성되어 있으며, 상부 실리콘층(106)은 활성 영역(110)을 제외한 부분이 식각되어 소자 분리막(112)으로 매립된다. 각각의 활성 영역(110)과 소자 분리막(112) 상에는 워드 라인(120) 및 더미 워드 라인(130)이 형성되어 있고, 워드 라인(120) 및 더미 워드 라인(130)의 양 측벽에는 스페이서(128)가 형성된다. P형 활성 영역(110) 내 워드 라인(120)의 양측에는 N형 소스/드레인 영역이 형성되어 있고, 워드 라인(120)의 양측에 소스/드레인 영역 상에는 랜딩 플러그(160)가 형성되어 있다. 이웃한 워드 라인(120) 사이 랜딩 플러그(160) 상에는 비트라인 콘택(140), 워드 라인(120)과 더미 워드 라인(130) 사이에 형성된 랜딩 플러그(160) 상에는 소스라인 콘택(150)이 형성되어 있다. 비트라인 콘택(140) 상에는 비트 라인(170)이 연결되어 있고, 소스라인 콘택(150) 상에는 소스 라인(180)이 연결되어 있다. 1B, a cell array is formed on an
전술한 플로팅 바디 트랜지스터를 포함하는 단위셀의 경우, 워드 라인을 통해 양전압(VG>0, VD>0)과 소스에 인가된 접지전압(GND, 0V)에 대응하여 생성된 핫 캐리어(hot carrier) 중 플로팅 바디에 홀(hole)이 남도록 하여 데이터를 저장한다. 아울러, 저장된 데이터를 읽어들일 때에는 워드 라인을 통해 전압을 인가할 경우 소스 라인으로부터 비트 라인으로 흐르는 전류의 양과 속도에 대응하여 플로팅 바디에 홀이 남아있었는지를 판단한다. In the case of a unit cell including the above-described floating body transistor, a hot carrier generated in response to a positive voltage (V G > 0, V D > 0) through a word line and a ground voltage (GND, 0 V) the data is stored in the floating body by leaving a hole in the floating body. When the stored data is read, it is determined whether holes remain in the floating body corresponding to the amount and speed of the current flowing from the source line to the bit line when a voltage is applied through the word line.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 반도체 기억 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor memory device shown in FIG.
도 2a를 참조하면, SOI기판(100)의 상부 실리콘층(106) 상에 활성 영역(110)을 정의하는 소자분리막(112)을 형성한다. 이후, 활성 영역(110)과 소자분리막(112) 상에 워드 라인(120) 및 더미 워드 라인(130)을 형성한다. 구체적으로, 워드 라인(120)은 게이트 하부 전극(122), 게이트 상부 전극(124) 및 게이트 하드마스크막(126)으로 구성되어 있으며, 더미 워드 라인(130)의 구조도 워드 라인(120)과 동일하다.Referring to FIG. 2A, an
도 2b에 도시된 바와 같이, 워드 라인(120) 및 더미 워드 라인(130)을 포함하는 구조물 상부에 스페이서막(127)을 일정한 두께로 증착한다.As shown in FIG. 2B, the
도 2c를 참조하면, 스페이서막(127)을 에치백하여 워드 라인(120) 및 더미 워드 라인(130)의 측벽에만 스페이서(128)가 남도록 하고 활성 영역(110)을 노출한다. 이후, 노출된 활성 영역(110)에 이온 주입을 실시하여 소스/드레인 영역을 형성한다.Referring to FIG. 2C, the
도 2d를 참조하면, 소스/드레인 영역을 형성한 후, 소스/드레인 영역 상에 도전물질을 증착하여 랜딩 플러그(160)를 형성한다.Referring to FIG. 2D, a source / drain region is formed, and then a conductive material is deposited on the source / drain regions to form a
전술한 바와 같이, 플로팅 바디 효과(Floating body effect)를 이용한 반도체 메모리 장치를 형성할 때 단위셀이 차지하는 면적을 최소화함으로써 집적도를 높이기 위해 한개의 활성 영역에 두 개의 단위셀을 형성한다. 이때, 이웃한 두 개의 단위셀은 비트 라인 뿐만 아니라 비트라인 콘택이 연결된 활성 영역 내 소스/드레인 영역도 공유하게 된다. 각각의 단위셀은 워드 라인 아래에 위치한 플로팅 바디에 캐리어를 저장하고, 소스/드레인 영역과 플로팅 바디 사이 접합(junction)이 데이터를 가두는 역할을 한다.As described above, two unit cells are formed in one active region in order to increase the degree of integration by minimizing the area occupied by the unit cells when forming the semiconductor memory device using the floating body effect. At this time, two neighboring unit cells share the source / drain region in the active region connected with the bit line contact as well as the bit line. Each unit cell stores a carrier in a floating body located below the word line, and the junction between the source / drain region and the floating body serves to confine the data.
반도체 기억 장치의 동작 시 인접한 두 단위셀에 서로 다른 데이터가 저장되어 있는 경우, 인접한 두 단위셀의 플로팅 바디에 전위차가 발생한다. 이러한 전위차는 두 단위셀의 플로팅 바디와 두 단위셀이 공유하는 소스/드레인 영역으로 구성된 PNP 양극 트랜지스터(bipolar transitor), 즉 공유된 소스/드레인 영역을 베이스(base), 두 단위셀의 플로팅 바디를 에미터(emitter)와 콜렉터(collector)로 하는 PNP 양극 트랜지스터(bipolar transitor)에서 에미터(emitter)와 콜렉터(collector) 사이에 바이어스 전압을 인가한 것과 동동한 효과를 야기한다. 이 경우, 두 단위셀의 플로팅 바디에 전위차로 인해 플로팅 바디의 전위가 바뀌는 경우가 발생하여 '0'의 데이터가 '1'로 변하거나 '1'인 데이터가 '0'으로 변하게 된다. 이렇게 전위가 변하는 것을 방지하여 두 단위셀의 플로팅 바디의 전위차로 인한 데이터의 왜곡을 막기 위해서는 소스/드레인 영역의 불순물 도핑 농도를 높여야 한다. In the operation of the semiconductor memory device, when different data are stored in two adjacent unit cells, a potential difference occurs in a floating body of two adjacent unit cells. This potential difference is caused by a PNP bipolar transistor consisting of a floating body of two unit cells and a source / drain region shared by two unit cells, ie, a shared source / drain region as a base, a floating body of two unit cells This results in the effect that the bias voltage is applied between the emitter and the collector in a PNP bipolar transistor made up of an emitter and a collector. In this case, the potential of the floating body changes due to the potential difference in the floating body of the two unit cells, so that the data of '0' is changed to '1' or the data of '1' is changed to '0'. In order to prevent the potential from being changed, and to prevent data distortion due to the potential difference of the floating body of the two unit cells, the doping concentration of the impurity in the source / drain region must be increased.
한편, 반도체 기억 장치의 집적도가 높아지면서 단위셀의 크기가 줄어들고 워드 라인의 폭도 줄어든다. 이러한 환경에서 소스/드레인 영역의 불순물의 도핑 농도를 높일 경우 단채널 효과(short channel effect)에 의한 펀치스루(punch through) 현상이 발생할 우려가 있다.On the other hand, as the degree of integration of the semiconductor memory device increases, the size of the unit cell decreases and the width of the word line decreases. If the doping concentration of the impurity in the source / drain region is increased in such an environment, a punch through phenomenon due to a short channel effect may occur.
전술한 바와 같이 전위차에 의한 데이터의 왜곡이 발생하는 이유는 집적도를 높이기 위해 하나의 활성 영역에 두 개의 단위셀을 형성하기 때문이다. 또한, 이온 주입 공정을 통해 형성된 소스/드레인 영역 상에 폴리실리콘과 같은 도전 물질을 증착하여 랜딩 플러그를 증착한 뒤 형성되는 열처리를 통해 소스/드레인 영역에 포함된 불순물 이온들은 플로팅 바디 영역으로 확장할 우려가 있기 때문에, 집적도가 높은 반도체 기억 장치에서 펀치스루 현상이 발생할 가능성이 높다.The reason why the data is distorted due to the potential difference as described above is that two unit cells are formed in one active region in order to increase the degree of integration. Also, a conductive material such as polysilicon is deposited on the source / drain regions formed through the ion implantation process to deposit the landing plug, and the impurity ions included in the source / drain regions are expanded to the floating body region There is a high possibility that a punch through phenomenon occurs in a semiconductor memory device having a high degree of integration.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 플로팅 바디 트랜지스터로 구성된 단위셀을 포함하는 고집적 반도체 기억 장치에서 하나의 활성 영역에 형성되는 두 개의 인접한 단위셀이 공유하는 소스/드레인 영역에 절연벽을 형성함으로써 이웃한 두 단위셀 간의 간섭을 차단하여 동작 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 기억 장치 및 그의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a semiconductor memory device comprising a unit cell composed of a floating body transistor, a source / drain region shared by two adjacent unit cells formed in one active region, The present invention provides a semiconductor memory device and a method of manufacturing the semiconductor memory device, which can prevent interference between two neighboring unit cells to increase operation reliability.
본 발명은 하나의 활성 영역에 형성되는 복수의 단위셀 및 상기 복수의 단위셀에 의해 공유되는 소스/드레인 영역을 양분하는 절연벽을 포함하는 반도체 기억 장치를 제공한다. The present invention provides a semiconductor memory device including a plurality of unit cells formed in one active region and an insulating wall dividing the source / drain regions shared by the plurality of unit cells.
바람직하게는, 상기 복수의 단위셀은 SOI 기판 상에 형성되어 있으며, 상기 절연벽은 SOI 기판 내 매몰 절연막과 맞닿아 있는 것을 특징으로 한다.Preferably, the plurality of unit cells are formed on an SOI substrate, and the insulating wall is in contact with an embedded insulating film in the SOI substrate.
바람직하게는, 상기 활성 영역은 상기 SOI 기판의 상기 매몰 절연막 상에 있는 실리콘층에 형성되며, 상기 매몰 절연막과 맞닿아 있는 소자분리막에 의해 정의되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the active region is defined by a device isolation film which is formed on the silicon layer on the buried insulating film of the SOI substrate, and which is in contact with the buried insulating film.
바람직하게는, 상기 하나의 활성 영역에 형성된 단위셀은 두 개인 것을 특징으로 한다.Preferably, the number of unit cells formed in one active region is two.
바람직하게는, 상기 반도체 기억 장치는 상기 절연막에 의해 양분된 상기 소스/드레인 영역의 양측 모두와 연결된 콘택을 더 포함한다.Preferably, the semiconductor storage device further includes a contact connected to both sides of the source / drain region divided by the insulating film.
바람직하게는, 상기 반도체 기억 장치는 상기 콘택과 연결된 비트 라인 혹은 소스 라인을 더 포함한다.Preferably, the semiconductor storage device further includes a bit line or a source line connected to the contact.
바람직하게는, 상기 절연벽의 폭은 상기 단위셀에 포함된 셀 트랜지스터의 게이트 패턴의 폭의 1/2보다 좁은 것을 특징으로 한다.Preferably, the width of the insulating wall is narrower than half the width of the gate pattern of the cell transistor included in the unit cell.
또한, 본 발명은 하나의 활성 영역에 형성되는 복수의 단위셀에 포함되는 워드 라인을 형성하는 단계 및 절연벽을 형성하여 상기 복수의 단위셀에 의해 공유되는 제 1 소스/드레인 영역을 양분하는 단계를 포함하는 반도체 기억 장치의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a word line included in a plurality of unit cells formed in one active region and forming an insulating wall to divide a first source / drain region shared by the plurality of unit cells The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor memory device.
바람직하게는, 상기 워드 라인을 형성하는 단계는 SOI 기판상에 상기 활성 영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계 및 상기 활성 영역 상에 복수의 게이트 전극으로 구성된 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.Advantageously, the step of forming the word line includes forming an isolation layer defining the active region on the SOI substrate and forming a gate pattern comprised of a plurality of gate electrodes on the active region.
바람직하게는, 상기 절연벽을 형성하여 상기 복수의 단위셀에 의해 공유되는 제 1 소스/드레인 영역을 양분하는 단계는 상기 워드 라인을 포함한 구조물 상부에 스페이서막을 증착하는 단계, 상기 제 1 소스/드레인 영역을 노출하기 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 1 소스/드레인 영역에 상기 절연벽을 형성하는 단계를 포함한다.Preferably, dividing the first source / drain region shared by the plurality of unit cells by forming the insulating wall comprises depositing a spacer film over the structure including the word line, Forming a mask pattern for exposing a region and forming the insulating wall in the first source / drain region.
바람직하게는, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 스페이서막을 식각하여 상기 워드 라인의 상부를 노출하는 단계, 상기 스페이서막과 상기 워드 라인 상에 마스크막을 증착하는 단계 및 상기 마스크막을 패터닝하여 상기 제 1 소스/드레인 영역을 노출하는 단계를 포함한다.Preferably, the step of forming the mask pattern includes etching the spacer film to expose an upper portion of the word line, depositing a mask film on the spacer film and the word line, and patterning the mask film to form the first And exposing the source / drain regions.
바람직하게는, 상기 절연벽을 형성하는 단계는 상기 스페이서막을 추가 식각하여 상기 제 1 소스/드레인 영역을 일부 노출시키는 단계, 노출된 상기 제 1 소스/드레인 영역 중 일측의 일부를 식각하여 매몰 절연막을 노출하는 단계 및 노출된 실리콘을 산화시켜 식각된 상기 제 1 소스/드레인 영역 중 일측의 일부를 절연물질로 매립하는 단계를 포함한다.Preferably, the step of forming the insulating wall further comprises: a step of further etching the spacer film to expose a portion of the first source / drain region; a step of etching a part of the exposed first source / And burying a portion of one of the first source / drain regions etched by oxidizing the exposed silicon with an insulating material.
바람직하게는, 상기 절연벽의 폭은 상기 워드 라인의 폭의 1/2보다 좁은 것을 특징으로 한다.Preferably, the width of the insulating wall is narrower than 1/2 of the width of the word line.
바람직하게는, 상기 반도체 기억 장치의 제조 방법은 양분된 상기 제 1 소스/드레인 영역의 양측과 연결되는 소스 라인 혹은 비트 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.Preferably, the manufacturing method of the semiconductor memory device further comprises forming a source line or a bit line connected to both sides of the first source / drain region divided into two.
바람직하게는, 상기 반도체 기억 장치의 제조 방법은 상기 워드 라인의 측벽에 스페이서막을 식각하여 상기 제 1 소스/드레인 영역 및 상기 복수의 단위셀에 의해 공유되지 않는 제 2 소스/드레인 영역을 노출하는 단계 및 상기 노출된 제 1 및 제 2 소스/드레인 영역에 이온주입을 수행하는 단계를 더 포함한다.Preferably, the manufacturing method of the semiconductor memory device includes: etching a spacer film on a sidewall of the word line to expose a first source / drain region and a second source / drain region that is not shared by the plurality of unit cells And performing ion implantation in the exposed first and second source / drain regions.
바람직하게는, 상기 반도체 기억 장치의 제조 방법은 상기 이온주입 공정 후 상기 제 1 및 제 2 소스/드레인 영역 상에 콘택을 형성하는 단계를 더 포함한다.Preferably, the method of manufacturing the semiconductor memory device further comprises forming a contact on the first and second source / drain regions after the ion implantation step.
본 발명은 고집적 반도체 기억 장치를 제조하는 과정에서 하나의 활성 영역 상에 형성되는 두 개의 이웃한 단위셀 사이에 절연벽을 형성함으로써, 읽기 및 쓰기 동작 시는 물론 대기 중에도 이웃한 단위셀 사이에 간섭을 방지할 수 있어 반도 체 기억 장치의 동작 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.An insulating wall is formed between two neighboring unit cells formed on one active region in the course of manufacturing a highly integrated semiconductor memory device, thereby preventing interference between neighboring unit cells It is possible to increase the operational reliability of the semiconductor memory device.
또한, 본 발명은 플로팅 바디 단위셀을 포함하는 반도체 기억 장치에 있어서 하나의 활성 영역에 두 개 이상의 단위셀을 형성하더라도, 이웃한 단위셀에 의해 공유되는 소스/드레인 영역에 형성된 절연벽에 의하여 전위차에 의한 데이터의 왜곡을 방지할 수 있어 반도체 기억 장치의 집적도를 높일 수 있다.Also, in the semiconductor memory device including the floating body unit cell, even if two or more unit cells are formed in one active region, the potential difference between the source and drain regions formed by the source / It is possible to prevent the data from being distorted by the semiconductor memory device and to increase the degree of integration of the semiconductor memory device.
플로팅 바디 트랜지스터를 포함하는 단위셀로 구성된 셀 어레이를 포함하는 고집적 반도체 기억 장치에서, 본 발명은 하나의 활성 영역에 형성된 복수의 단위셀 사이에 데이터 간섭을 차단하여 동작 신뢰성을 높인다. 이를 위해, 본 발명에서는 이웃한 단위셀이 서로 공유하는 소스/드레인 영역에 절연벽을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.In a highly integrated semiconductor memory device including a cell array composed of unit cells including a floating body transistor, the present invention prevents data interference between a plurality of unit cells formed in one active region, thereby enhancing operational reliability. To this end, the present invention is characterized in that insulating walls are formed in the source / drain regions shared by neighboring unit cells. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 하부 실리콘층(302), 매몰 절연막(304) 및 상부 실리콘층(306)을 포함하는 SOI기판(300)의 상부 실리콘층(306) 상에 활성 영역(310)을 정의하는 소자분리막(312)을 형성한다. 이후, 활성 영역(310)과 소자분리막(312) 상에 워드 라인(320) 및 더미 워드 라인(330)을 형성한다. 구체적으로, 워드 라인(320)은 게이트 하부 전극(322), 게이트 상부 전극(324) 및 게이트 하드마스크막(326)으로 구성되어 있으며, 더미 워드 라인(330)의 구조도 워드 라인(320)과 동 일하다. 워드 라인(320) 및 더미 워드 라인(330)을 포함하는 구조물 상부에 스페이서막(327)을 일정한 두께로 증착한다. 이때, 증착되는 스페이서막(327)은 종래의 스페이서막(127)에 비하여 더 두껍게 증착된다. 일례로는, 이웃한 워드 라인(330) 사이의 간격의 1/2에 가까운 두께 만큼 스페이서막(327)을 증착하여 이웃한 워드 라인(330) 사이의 공간이 거의 매립되도록 한다.3A, an
도 3b에 도시된 바와 같이, 스페이서막(327)의 일부를 식각하여 워드 라인(320) 및 더미 워드 라인(330)의 상부가 노출되도록 한다. 이때, 스페이서막(327)의 식각 깊이를 제어하여 워드 라인(320) 및 더미 워드 라인(330)의 양측에 활성 영역(310)이 노출되지 않고 스페이서막(327)에 의해 보호되도록 한다. 특히, 본 발명에서는 스페이서막(327)의 두께를 두껍게 증착하였기 때문에 식각 공정에서 깊이를 깊게 하지 않으면 활성 영역(310)이 노출되지 않는다.As shown in FIG. 3B, a portion of the
도 3c를 참조하면, 워드 라인(320), 더미 워드 라인(330) 및 스페이서막(327) 상에 하드마스크막(미도시)을 증착한 뒤 노광 공정을 통해 패터닝하여, 후속 공정에서 소스 라인이 연결되는 활성 영역(310)(즉, 워드 라인(320)과 더미 워드 라인(330) 사이 영역)에 남겨진 스페이서막(327)을 덮고 이웃한 워드 라인(320) 사이에 남겨진 스페이서막(327)을 노출하는 마스크 패턴(338)을 형성한다. 이때, 이웃한 워드 라인(320) 사이에 증착되었던 하드마스크막을 제거하는 과정에서 하부에 남겨진 스페이서막(327)도 추가로 식각시켜 활성 영역(310)의 일부가 노출되도록 한 뒤, 노출된 활성 영역(310)을 제거한다. 이때, 활성 영역(310) 내 노출된 영역은 완전히 제거되어 매몰 절연막(304)가 노출되도록 한다.Referring to FIG. 3C, a hard mask film (not shown) is deposited on the
여기서, 스페이서막(327)이 증착된 두께에 따라 결정되는 활성 영역(310) 내 식각되는 영역의 폭은 수Å 내지 수십Å 범위의 매우 좁게 형성되는 것으로, 매몰 절연막(304)을 노출시킬 수 있을 정도면 충분하다. 일례로, 도 3c에 도시된 바와 같이 워드 라인(320)의 폭이나 아웃한 워드 라인(320) 사이의 간격의 1/2보다 더 작도록 한다. The width of the etched region in the
도 3d에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(338)을 제거한 후, 활성 영역(310) 내 식각되는 영역을 통해 노출된 실리콘을 국부적으로 산화시켜 절연벽(348)을 형성한다. 여기서, 절연벽(348)은 인해 하나의 활성 영역(310)이 양분하여 양쪽에 형성되는 단위셀 사이에 전하가 이동하지 않도록 한다.3D, after removing the
도 3e를 참조하면, 스페이서막(327)을 에치백 공정을 통해 추가 식각하여 워드 라인(320) 및 더미 워드 라인(330)의 측벽에만 스페이서(328)가 남도록 하고, 소스/드레인 영역이 형성될 활성 영역(310)을 노출한다. 이후, 노출된 활성 영역(310)에 이온 주입을 실시한다.Referring to FIG. 3E, the
도시하지 않았지만, 소스/드레인 영역을 형성한 후, 소스/드레인 영역 상에 도전물질을 증착하여 랜딩 플러그(미도시)를 형성한 뒤, 소스 라인(미도시)과 비트 라인(미도시)을 형성한다. 도 3a 내지 도 3e에 도시된 본 발명의 일 실시예에서는 비트 라인이 연결되는 소스/드레인 영역에 절연벽(348)이 형성되어 있으나, 다른 실시예에서는 소스 라인이 연결되는 소스/드레인 영역에 절연벽(348)을 형성할 수 도 있다.Although not shown, after a source / drain region is formed, a conductive material is deposited on the source / drain region to form a landing plug (not shown), and then a source line (not shown) and a bit line do. In an embodiment of the present invention shown in FIGS. 3A through 3E, an insulating
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억 장치의 제조 방 법은 하나의 활성 영역(310)에 형성되는 복수의 단위셀에 포함되는 워드 라인(320)을 형성하는 단계 및 절연벽(348)을 형성하여 복수의 단위셀에 의해 공유되는 소스/드레인 영역을 양분하는 단계를 포함한다. 이때, 복수의 단위셀에 의해 공유되지 않는 소스/드레인 영역에는 절연벽을 형성할 필요가 없다.As described above, the method of manufacturing the semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes forming
도 3e를 참조하면, 종래와 달리, 절연벽(348)으로 인해 이웃한 두 단위셀이 서로 격리되어 있어 이웃한 단위셀의 플로팅 바디에 전위가 서로 차이가 나더라도 전하의 이동을 차단할 수 있다. 아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억 장치의 제조 방법은 절연벽(348)의 형성 후 워드 라인(320)의 측벽에 스페이서막(338)을 추가 식각하여 활성 영역(310) 내 소스/드레인 영역을 노출하고, 노출된 소스/드레인 영역에 이온주입을 수행하여 단위셀을 완성한다. Referring to FIG. 3E, unlike the related art, two neighboring unit cells are isolated from each other due to the insulating
전술한 방법을 통해 제조된 반도체 기억 장치는 하나의 활성 영역에 형성되는 복수의 단위셀 및 복수의 단위셀에 의해 공유되는 소스/드레인 영역을 양분하는 절연벽을 포함한다. 이때, 복수의 단위셀에 의해 공유되지 않는 소스/드레인 영역에는 절연벽을 형성하지 않는다. 이러한 구조를 가진 반도체 기억 장치는 인접한 단위셀에 서로 다른게 씌여 있는 데이터를 읽거나 서로 다른 데이터를 저장하기 위한 읽기/쓰기 동작 중 플로팅 바디 사이에 전위차에 의해 발생할 수 있는 데이터 간섭 현상을 방지할 수 있다. 특히, 하나의 활성 영역의 2 비트(bit) 혹은 그 이상의 데이터를 저장하기 위한 셀 트랜지스터를 형성하더라도 셀 트랜지스터 사이에 절연벽을 형성함으로써 데이터 간섭 현상을 막을 수 있으므로 반도체 기억 장치의 집적도를 향상시킬 수 있다.The semiconductor memory device manufactured by the above method includes a plurality of unit cells formed in one active region and an insulating wall bisecting the source / drain regions shared by the plurality of unit cells. At this time, insulating walls are not formed in the source / drain regions that are not shared by the plurality of unit cells. The semiconductor memory device having such a structure can prevent data interference which may occur due to a potential difference between floating bodies during reading / writing operations for reading data written in different unit cells or storing different data in adjacent unit cells . In particular, even if a cell transistor for storing two bits or more of data in one active region is formed, an insulating wall can be formed between the cell transistors to prevent the data interference phenomenon. Therefore, the integration degree of the semiconductor memory device can be improved have.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
도 1a 및 1b는 캐패시터를 없이 플로팅 바디 트랜지스터로 구성된 단위셀들로 구성된 일반적인 반도체 기억 장치의 셀 어레이를 설명하는 평면도와 단면도.FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a cell array of a general semiconductor memory device constituted of unit cells composed of floating body transistors without a capacitor. FIG.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 반도체 기억 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor memory device shown in FIG. 1; FIGS.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기억 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention; FIGS.
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