KR101019701B1 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직형 트랜지스터를 갖는 반도체 소자에서 워드 라인과 비트 라인 간의 브리지를 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 소자는, 다수의 필라형 액티브 패턴을 구비한 반도체 기판, 상기 필라형 액티브 패턴들 사이의 반도체 기판 표면 내에 형성된 이온주입 영역, 상기 필라형 액티브 패턴의 측벽에 각각 배치된 게이트, 상기 필라형 액티브 패턴 아래의 반도체 기판 부분 내에 형성된 비트 라인 및 상기 이온주입 영역 및 그 아래의 반도체 기판 부분 내에 형성되며, 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막을 구비한 절연막을 포함한다.The present invention discloses a semiconductor device capable of preventing a bridge between a word line and a bit line in a semiconductor device having a vertical transistor and a method of manufacturing the same. The disclosed semiconductor device includes a semiconductor substrate having a plurality of pillar-type active patterns, an ion implantation region formed in a surface of the semiconductor substrate between the pillar-type active patterns, and a gate disposed on sidewalls of the pillar-type active pattern, respectively. And a bit line formed in the semiconductor substrate portion under the pillar-shaped active pattern, and formed in the ion implantation region and the semiconductor substrate portion below, and having a relatively thicker thickness in the portion in contact with the ion implantation region than in the other portions. And an insulating film having a sidewall insulating film.
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게, 수직형 트랜지스터를 갖는 반도체 소자에서 워드 라인과 비트 라인 간의 브리지를 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 평면적으로 각 단위 셀이 차지하는 면적이 감소하게 되었다. 이와 같은 단위 셀 면적의 감소에 대응하여, 트랜지스터, 비트 라인, 워드 라인, 캐패시터의 스토리지 노드 콘택을 위한 매몰 콘택을 한정된 면적 위에 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 그 중 하나의 방법으로서 접합 영역을 활성 영역 내에 상하로 배치시켜서 반도체 기판 내에서 수직형 채널을 갖는 트랜지스터(이하, 수직형 트랜지스터)를 구비한 반도체 소자가 제안되었다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the area occupied by each unit cell decreases in plan. In response to such a reduction in the unit cell area, various methods for forming buried contacts for storage node contacts of transistors, bit lines, word lines, and capacitors over a limited area have been studied. As one of the methods, a semiconductor device having a transistor (hereinafter referred to as a vertical transistor) having a vertical channel in a semiconductor substrate by arranging a junction region up and down in an active region has been proposed.
상기 수직형 트랜지스터는 반도체 기판의 표면 상에 형성된 필라(Pillar)형 액티브 패턴의 측벽을 감싸도록 게이트를 형성하고, 상기 게이트를 중심으로 하여 상기 필라형 액티브 패턴의 상하부에 각각 접합 영역을 형성함으로써, 반도체 기판의 주면에 대하여 수직형 채널을 갖는 수직형 트랜지스터가 형성된다. 그러므로, 트랜지스터의 면적을 감소시키더라도 채널 길이에 구애받지 않는다. The vertical transistor forms a gate to surround sidewalls of a pillar-type active pattern formed on a surface of a semiconductor substrate, and forms junction regions at upper and lower portions of the pillar-type active pattern around the gate, respectively. A vertical transistor having a vertical channel with respect to the main surface of the semiconductor substrate is formed. Therefore, reducing the area of the transistor does not depend on the channel length.
이하에서는, 종래 기술에 따른 수직형 트랜지스터를 구비한 반도체 소자의 제조방법에 대해 간략하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a manufacturing method of a semiconductor device having a vertical transistor according to the prior art will be briefly described.
반도체 기판 부분을 식각하여 필라형 액티브 패턴을 형성한 후, 상기 필라형 액티브 패턴 하단부의 측벽에 게이트 절연막과 게이트 도전막을 포함하는 구조의 게이트를 형성한다. 상기 게이트를 포함하는 필라형 액티브 패턴 아래의 반도체 기판 부분 내에 매몰 비트 라인을 형성한다. 이어서, 상기 필라형 액티브 패턴들 사이의 반도체 기판 부분을 식각하여 트렌치를 형성한다. After etching a portion of the semiconductor substrate to form a pillar-type active pattern, a gate having a structure including a gate insulating layer and a gate conductive layer is formed on a sidewall of a lower portion of the pillar-type active pattern. A buried bit line is formed in a portion of the semiconductor substrate under the pillar-type active pattern including the gate. Subsequently, portions of the semiconductor substrate between the pillar-type active patterns are etched to form trenches.
상기 트렌치를 포함한 반도체 기판의 결과물 상에 절연막을 형성한 다음, 상기 절연막을 상기 게이트의 측벽이 노출되도록 소정 두께 식각한다. 상기 식각된 절연막 상에 도전막을 증착한 후, 상기 도전막을 식각하여 상기 게이트들 사이를 연결하는 워드 라인을 형성한다. After forming an insulating film on the resultant of the semiconductor substrate including the trench, the insulating film is etched to a predetermined thickness so that the side wall of the gate is exposed. After depositing a conductive film on the etched insulating film, the conductive film is etched to form a word line connecting the gates.
그러나, 전술한 종래 기술의 경우에는 상기 절연막의 식각시 반도체 기판의 균일성이 좋지 않으면, 식각 마진이 부족하여 상기 절연막이 상기 게이트의 측벽을 노출시킬 뿐 아니라 상기 매몰 비트 라인 아래의 높이까지 식각되며, 이 때문에, 상기 매몰 비트 라인이 노출된다. 그 결과, 전술한 종래 기술의 경우에는 상기 워드 라인과 매몰 비트 라인 간의 브리지가 발생된다. However, in the above-described prior art, if the uniformity of the semiconductor substrate is not good when the insulating layer is etched, the etching margin is insufficient, so that the insulating layer not only exposes the sidewall of the gate but also the height below the buried bit line. For this reason, the buried bit line is exposed. As a result, in the above-described prior art, a bridge between the word line and the buried bit line is generated.
본 발명은 수직형 트랜지스터를 갖는 반도체 소자에서 워드 라인과 비트 라 인 간의 브리지를 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a semiconductor device capable of preventing a bridge between word lines and bit lines in a semiconductor device having a vertical transistor, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는, 다수의 필라형 액티브 패턴을 구비한 반도체 기판, 상기 필라형 액티브 패턴들 사이의 반도체 기판 표면 내에 형성된 이온주입 영역, 상기 필라형 액티브 패턴의 측벽에 각각 배치된 게이트, 상기 필라형 액티브 패턴 아래의 반도체 기판 부분 내에 형성된 비트 라인 및 상기 이온주입 영역 및 그 아래의 반도체 기판 부분 내에 형성되며, 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막을 구비한 절연막을 포함한다.In an embodiment, a semiconductor device may include a semiconductor substrate including a plurality of pillar-type active patterns, an ion implantation region formed in a surface of the semiconductor substrate between the pillar-type active patterns, and sidewalls of the pillar-type active pattern, respectively. A gate, a bit line formed in the semiconductor substrate portion below the pillar-type active pattern, and formed in the ion implantation region and the semiconductor substrate portion below, and having a thickness relatively thicker than that in the other portions in contact with the ion implantation region. It includes an insulating film having a sidewall insulating film having a.
상기 이온주입 영역에는 불소가 이온주입된다.Fluorine is ion implanted into the ion implantation region.
상기 게이트는 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막과 상기 게이트 절연막 상에 형성된 게이트 도전막을 포함한다.The gate includes a gate insulating film having a relatively thick thickness at a portion in contact with the ion implantation region than at the other portions, and a gate conductive layer formed on the gate insulating film.
상기 절연막 상에 배치되며, 상기 게이트와 콘택하는 워드 라인을 더 포함한다.The word line may further include a word line disposed on the insulating layer and contacting the gate.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판에 다수의 필라형 액티브 패턴을 형성하는 단계, 상기 필라형 액티브 패턴들 사이의 반도체 기판 표면 내에 이온주입 영역을 형성하는 단계, 상기 필라형 액티브 패턴의 측벽에 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 게이트 도전막을 포함하는 게이트를 각각 형성하는 단계, 상기 게이트를 포함하는 필라형 액티브 패턴 아래의 반도체 기판 부분 내에 비트 라인을 형성하는 단계 및 상기 이온주입 영역 및 그 아래의 반도체 기판 부분 내에 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막을 구비한 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device may include forming a plurality of pillar-type active patterns on a semiconductor substrate, and forming an ion implantation region in a surface of the semiconductor substrate between the pillar-type active patterns. And forming a gate on a sidewall of the pillar-type active pattern, the gate insulating layer having a relatively thicker thickness than the other portions in contact with the ion implantation region and a gate conductive layer disposed on the gate insulating layer. Forming a bit line in a portion of the semiconductor substrate under the pillar-shaped active pattern including the gate, and in the portion in contact with the ion implantation region in the ion implantation region and in the portion of the semiconductor substrate below, relative to the other portions. Insulation with sidewall insulating films with thick thickness Forming a film.
상기 필라형 액티브 패턴을 형성하는 단계 전, 상기 반도체 기판 내에 채널 이온주입층을 형성하는 단계를 더 포함한다.The method may further include forming a channel ion implantation layer in the semiconductor substrate before forming the pillar type active pattern.
상기 이온주입 영역은 불소를 이온주입하여 형성한다.The ion implantation region is formed by ion implantation of fluorine.
상기 불소의 이온주입은 1.0×1012∼1.0×1016이온/cm2의 도우즈로 수행한다.The ion implantation of fluorine is carried out with a dose of 1.0 × 10 12 to 1.0 × 10 16 ions / cm 2 .
상기 불소의 이온주입은 경사 이온주입 방식으로 수행한다.Ion implantation of the fluorine is performed by a gradient ion implantation method.
상기 절연막을 형성하는 단계 후, 상기 절연막 상에 상기 게이트와 콘택하는 워드 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.After the forming of the insulating film, further comprising forming a word line on the insulating film in contact with the gate.
게다가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판에 다수의 필라형 액티브 패턴을 형성하는 단계, 상기 필라형 액티브 패턴의 측벽에 게이트를 각각 형성하는 단계, 상기 게이트를 포함하는 필라형 액티브 패턴들 사이의 반도체 기판 표면 내에 이온주입 영역을 형성하는 단계, 상기 게이트를 포함하는 필라형 액티브 영역 아래의 반도체 기판 부분 내에 비트 라인을 형성하는 단계 및 상기 이온주입 영역 및 그 아래의 반도체 기판 부분 내에 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막을 구비한 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention may include forming a plurality of pillar-type active patterns on a semiconductor substrate, respectively forming gates on sidewalls of the pillar-type active pattern, and including the gates. Forming an ion implantation region in the surface of the semiconductor substrate between the pillar-shaped active patterns, forming a bit line in a portion of the semiconductor substrate below the pillar-type active region including the gate and the ion implantation region and the underlying Forming an insulating film having a sidewall insulating film having a relatively thick thickness in a portion of the semiconductor substrate contacting the ion implantation region than in the other portions.
상기 필라형 액티브 패턴을 형성하는 단계 전, 상기 반도체 기판 내에 채널 이온주입층을 형성하는 단계를 더 포함한다.The method may further include forming a channel ion implantation layer in the semiconductor substrate before forming the pillar type active pattern.
상기 이온주입 영역은 불소를 이온주입하여 형성한다.The ion implantation region is formed by ion implantation of fluorine.
상기 불소의 이온주입은 1.0×1012∼1.0×1016이온/cm2의 도우즈로 수행한다.The ion implantation of fluorine is carried out with a dose of 1.0 × 10 12 to 1.0 × 10 16 ions / cm 2 .
상기 불소의 이온주입은 경사 이온주입 방식으로 수행한다.Ion implantation of the fluorine is performed by a gradient ion implantation method.
상기 절연막을 형성하는 단계 후, 상기 절연막 상에 상기 게이트와 콘택하는 워드 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.After the forming of the insulating film, further comprising forming a word line on the insulating film in contact with the gate.
아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판 내에 채널 이온주입층을 형성하는 단계, 상기 채널 이온주입층 아래의 반도체 기판 부분 내에 이온주입 영역을 형성하는 단계, 상기 이온주입 영역이 형성된 반도체 기판을 식각하여 다수의 필라형 액티브 패턴을 형성하는 단계, 상기 필라형 액티브 패턴의 측벽에 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 게이트 도전막을 포함하는 게이트를 각각 형성하는 단계, 상기 게이트를 포함하는 필라형 액티브 패턴 아래의 반도체 기판 부분 내에 비트 라인을 형성하는 단계 및 상기 이온주입 영역 및 그 아래의 반도체 기판 부분 내에 상기 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막을 구비한 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, forming a channel ion implantation layer in the semiconductor substrate, forming an ion implantation region in the portion of the semiconductor substrate under the channel ion implantation layer, Etching a semiconductor substrate on which the ion implantation region is formed to form a plurality of pillar-type active patterns; a gate insulating layer having a relatively thicker thickness on a sidewall of the pillar-type active pattern in contact with the ion implantation region than on the other portions And forming a gate including a gate conductive layer disposed on the gate insulating layer, forming a bit line in a portion of a semiconductor substrate under the pillar-shaped active pattern including the gate, and forming the bit implantation region and the ion implantation region and the substrate. Contacting the ion implantation region in a semiconductor substrate portion of the And a step of forming an insulating film having a minute sidewall insulation film having a thickness in a more relative the other parts of the.
상기 이온주입 영역은 불소를 이온주입하여 형성한다.The ion implantation region is formed by ion implantation of fluorine.
상기 불소의 이온주입은 1.0×1012∼1.0×1016이온/cm2의 도우즈로 수행한다.The ion implantation of fluorine is carried out with a dose of 1.0 × 10 12 to 1.0 × 10 16 ions / cm 2 .
상기 절연막을 형성하는 단계 후, 상기 절연막 상에 상기 게이트와 콘택하는 워드 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.After the forming of the insulating film, further comprising forming a word line on the insulating film in contact with the gate.
본 발명은 수직형 트랜지스터를 갖는 반도체 소자의 제조시, 워드 라인과 매몰 비트 라인이 접하는 반도체 기판 부분 내에 불소를 이온주입함으로써, 상기 불소가 이온주입된 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막 및 측벽 절연막을 형성할 수 있다.According to the present invention, in the manufacture of a semiconductor device having a vertical transistor, fluorine is implanted into a portion of the semiconductor substrate where the word line and the buried bit line are in contact with each other, whereby the portion where the fluorine is ion implanted has a relatively thicker thickness than that of the other portions. A gate insulating film and a sidewall insulating film can be formed.
따라서, 본 발명은 수직형 트랜지스터를 갖는 반도체 소자에서 상기 워드 라인과 비트 라인 간의 브리지를 방지할 수 있으며, 이를 통해, 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can prevent the bridge between the word line and the bit line in a semiconductor device having a vertical transistor, thereby improving device characteristics and reliability.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)에 다수의 필라형 액티브 패턴(P)이 구비되어 있으며, 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 상단부에는 접합 영역(104)이, 그리고, 하단부에는 채널 영역(102)이 각각 형성되어 있다. 상기 필라형 액티브 패 턴(P)들 사이의 반도체 기판(100) 표면 내에 불순물 이온주입 영역(120)이 형성되어 있다. 상기 불순물 이온주입 영역(120)에는 불소가 이온주입되어 있다.As illustrated, a plurality of pillar-type active patterns P are provided on the
그리고, 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 측벽에 각각 환형 게이트(G)가 형성되어 있다. 상기 게이트(G)는 산화막 재질의 게이트 절연막(132)과 상기 게이트 절연막(132) 상에 형성된 게이트 도전막(134)을 포함하며, 여기서, 상기 게이트 절연막(132)은 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는다.The annular gates G are formed on sidewalls of the pillar-shaped active pattern P, respectively. The gate G includes a
상기 게이트(G)를 포함하는 필라형 액티브 패턴(P) 아래의 반도체 기판(100) 부분 내에 제1 방향으로 연장된 매몰 비트 라인(BL)이 형성되어 있다. 상기 불순물 이온주입 영역(120) 및 그 아래의 반도체 기판(100) 부분이 식각되어 트렌치(T)가 형성되어 있다. 상기 트렌치(T) 내에 산화막 재질의 측벽 절연막(142)과 상기 측벽 절연막(142) 상에 형성된 갭필 절연막(144)을 구비한 절연막(150)이 형성되어 있다. 상기 측벽 절연막(142)은 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는다.An embedded bit line BL extending in a first direction is formed in a portion of the
상기 절연막(150) 상에 상기 게이트(G)와 콘택하며, 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 연장된 다마신 워드 라인(WL)이 형성되어 있다.A damascene word line WL is formed on the
이상에서와 같이, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 필라형 액티브 패턴(P)들 사이의 반도체 기판(100) 표면 내에 불소가 이온주입된 불순물 이온주입 영역(120)을 포함한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 A 부분에 도시된 바와 같이, 게이트 절연막(232) 및 측벽 절연막(142)이 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖다.As described above, the semiconductor device according to the exemplary embodiment of the present invention includes an impurity
따라서, 본 발명은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막(132)과 측벽 절연막(142) 부분에서 발생되는 워드 라인(WL)과 매몰 비트 라인(BL) 간의 브리지를 방지할 수 있으며, 이를 통해, 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can prevent the bridge between the word line WL and the buried bit line BL generated in the
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.2A to 2H are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(100) 내에 그 표면으로부터 차례로 배치되는 접합 영역(104)과 채널 영역(102)을 형성한다. 상기 접합 영역(104) 및 채널 영역(102)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 하드마스크막 패턴(110)을 형성한다. Referring to FIG. 2A, the
상기 하드마크막 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 반도체 기판(100) 부분을 비등방성 식각한 다음, 상기 하드마스크막 패턴(110) 및 접합 영역(104)의 측벽에 스페이서(112)를 형성한다. 그리고 나서, 상기 스페이서(112) 및 하드마스크막 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 반도체 기판(100) 부분을 등방성 식각하고, 그래서, 상기 반도체 기판(100)에 다수의 필라형 액티브 패턴(P)을 형성한다.Anisotropically etch the portion of the
도 2b를 참조하면, 상기 필라형 액티브 패턴(P)들 사이의 반도체 기판(100) 표면 내에 불순물 이온주입 영역(120)을 형성한다. 상기 불순물 이온주입 영역(120)은 불소를 이온주입하여 형성하며, 상기 불소의 이온주입은 1.0×1012∼1.0×1016이온/cm2의 도우즈로 수행한다. 또한, 상기 불소의 이온주입은 수직 이온주입 방식으로 수행하다가 1∼10°, 바람직하게 7°정도의 틸트를 주는 경사 이온주입 방식으로 수행한다.Referring to FIG. 2B, an impurity
도 2c를 참조하면, 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 표면 상에 게이트 절연막(132)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(132)은, 예컨대, 산화막 재질의 막으로 형성하며, B 부분에 도시된 바와 같이, 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는다.Referring to FIG. 2C, a
도 2d를 참조하면, 상기 게이트 절연막(132) 상에 게이트 도전막(134)을 형성한 후, 상기 게이트 도전막(134)을 식각하여 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 측벽에 게이트 절연막(132)과 게이트 도전막(134)을 포함하는 환형 게이트(G)를 각각 형성한다. Referring to FIG. 2D, after the gate
도 2e를 참조하면, 상기 게이트(G)를 포함하는 필라형 액티브 패턴(P) 아래의 반도체 기판(100) 부분 내에 제1 방향으로 연장하는 매몰 비트 라인(BL)을 형성한다. 상기 매몰 비트 라인(BL)은, 예컨대, 이온주입 공정을 통해 형성한다. Referring to FIG. 2E, an embedded bit line BL extending in a first direction is formed in a portion of the
도 2f를 참조하면, 상기 매몰 비트 라인(BL)이 형성된 반도체 기판(100)의 결과물 상에 라이너 절연막(140)을 형성한다. 상기 라이너 절연막(140)은, 예컨대, 질화막 재질의 막으로 형성한다. 상기 게이트(G)를 포함한 필라형 액티브 패턴(P)들 사이에 형성된 라이너 절연막(140), 게이트 절연막(132), 불순물 이온주입 영역(120) 및 그 아래의 반도체 기판(100) 부분을 식각하여 트렌치(T)를 형성한다.Referring to FIG. 2F, a
한편, 상기 트렌치(T) 양측 상부에 위치한 불순물 이온주입 영역(120)은 후속 클리닝 공정, 예컨대, 습식 클리닝 공정에 의해 식각되는 특성을 가지므로, 상 기 트렌치(T) 상부의 CD가 종래보다 증가된다. 이를 통해, 본 발명은 상기 트렌치(T) 양측의 매몰 비트 라인(BL) 간의 브리지를 방지할 수 있다.Meanwhile, since the impurity
도 2g를 참조하면, 상기 트렌치(T)의 표면 상에, C 부분에 도시된 바와 같이, 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막(142)을 형성한다. 상기 측벽 절연막(142)은, 예컨대, 산화막 재질의 막으로 형성한다.Referring to FIG. 2G, a sidewall insulating layer having a relatively thicker thickness on the surface of the trench T may be in contact with the impurity
상기 측벽 절연막(142) 상에 상기 트렌치(T)를 매립하도록 갭필 절연막(144)을 형성한 후, 상기 갭필 절연막(144)과 측벽 절연막(142)을 상기 게이트(G)의 측벽에 형성된 라이너 절연막(140) 부분이 노출될 때까지 식각한다. 그 결과, 상기 트렌치(T) 내에 상기 매몰 비트 라인(BL)을 분리하며, 상기 측벽 절연막(142)과 갭필 절연막(144)을 포함하는 절연막(150)이 형성된다.After the gap fill insulating
도 2h를 참조하면, 상기 노출된 라이너 절연막(140) 부분을 제거한다. 상기 절연막(150) 상에 도전막을 증착한 후, 상기 도전막의 소정 두께를 식각하여 게이트(G)와 콘택하며, 매몰 비트 라인(BL)의 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 연장하는 다마신 워드 라인(WL)을 형성한다.Referring to FIG. 2H, a portion of the exposed
여기서, 본 발명의 일 실시예에서는 필라형 액티브 패턴(P)들 사이의 반도체 기판(100) 표면 내에 불소가 이온주입된 불순물 이온주입 영역(120)을 형성함으로써, A 부분에 도시된 바와 같이, 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막(232) 및 측벽 절연막(142)을 형성할 수 있다.Here, in an embodiment of the present invention, as shown in part A by forming the impurity
이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조를 완성한다.Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to complete the manufacture of the semiconductor device according to the exemplary embodiment.
본 발명의 일 실시예에서는 필라형 액티브 패턴 사이의 반도체 기판 표면 내에 불소를 이온주입하여 불순물 이온주입 영역을 형성함으로써, 상기 불순물 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막 및 측벽 절연막을 형성할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, an impurity ion implantation region is formed by implanting fluorine into a semiconductor substrate surface between pillar-type active patterns, thereby having a relatively thicker thickness than that of other portions in contact with the impurity ion implantation region. A gate insulating film and a sidewall insulating film can be formed.
따라서, 본 발명은 갭필 절연막이 매몰 비트 라인 아래의 높이까지 식각되어 상기 불순물 이온주입 영역 부분에서 발생되는 다마신 워드 라인과 매몰 비트 라인 간의 브리지를 방지할 수 있으며, 이를 통해, 반도체 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can prevent the gap fill insulating film is etched to a height below the buried bit line to prevent the bridge between the damascene word line and the buried bit line generated in the impurity ion implantation region, thereby reducing the semiconductor device characteristics and reliability. Can improve.
한편, 전술한 본 발명의 일 실시예에서는 상기 불소의 이온주입을 필라형 액티브 패턴을 형성한 후, 그리고, 게이트 절연막을 형성하기 전에 수행하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 불소의 이온주입을 게이트를 형성한 후, 그리고, 측벽 절연막을 형성하기 전에 수행하는 것도 가능하다. Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the fluorine ion implantation is performed after the pillar-type active pattern is formed and before the gate insulating film is formed. As another embodiment of the present invention, the fluorine ion implantation is performed. May be performed after the gate is formed and before the sidewall insulating film is formed.
이 경우, 상기 게이트 절연막은 균일한 두께로 형성되고, 측벽 절연막은 불순물 이온주입 영역과 접한 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 형성된다. In this case, the gate insulating film is formed to have a uniform thickness, and the sidewall insulating film is formed to have a relatively thick thickness at the portion in contact with the impurity ion implantation region than at the other portions.
이하에서는, 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3G.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(100) 내에 그 표면으로부터 차례로 배치되는 접합 영역(104)과 채널 영역(102)을 형성한다. 상기 접합 영역(104) 및 채널 영역(102)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 하드마스크막 패턴(110)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, the
상기 하드마크막 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 반도체 기판(100) 부분을 비등방성 식각한 다음, 상기 하드마스크막 패턴(110) 및 접합 영역(104)의 측벽에 스페이서(112)를 형성한다. 그리고 나서, 상기 스페이서(112) 및 하드마스크막 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 반도체 기판(100) 부분을 등방성 식각하고, 그래서, 상기 반도체 기판(100)에 다수의 필라형 액티브 패턴(P)을 형성한다.Anisotropically etch the portion of the
도 3b를 참조하면, 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 표면 상에 게이트 절연막(132)을 형성한 후, 상기 게이트 절연막(132) 상에 게이트 도전막(134)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(132)은, 예컨대, 산화막 재질의 막으로 형성한다. 상기 게이트 도전막(134) 및 게이트 절연막(132)을 식각하여 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 측벽에 게이트 절연막(132)과 게이트 도전막(134)을 포함하는 환형 게이트(G)를 각각 형성한다. Referring to FIG. 3B, a
도 3c를 참조하면, 상기 게이트(G)를 포함하는 필라형 액티브 패턴(P)들 사이의 반도체 기판(100) 표면 내에 불순물 이온주입 영역(120)을 형성한다. 상기 불순물 이온주입 영역(120)은 불소를 이온주입하여 형성하며, 상기 불소의 이온주입은 1.0×1012∼1.0×1016이온/cm2의 도우즈로 수행한다. 또한, 상기 불소의 이온주입은 수직 이온주입 방식으로 수행하다가 1∼10°, 바람직하게 7°정도의 틸트를 주는 경사 이온주입 방식으로 수행한다.Referring to FIG. 3C, an impurity
도 3d를 참조하면, 상기 게이트(G)를 포함하는 필라형 액티브 패턴(P) 아래의 반도체 기판(100) 부분 내에 제1 방향으로 연장하는 매몰 비트 라인(BL)을 형성한다. 상기 매몰 비트 라인(BL)은, 예컨대, 이온주입 공정을 통해 형성한다. Referring to FIG. 3D, an embedded bit line BL extending in a first direction is formed in a portion of the
도 3e를 참조하면, 상기 매몰 비트 라인(BL)이 형성된 반도체 기판(100)의 결과물 상에 라이너 절연막(140)을 형성한다. 상기 라이너 절연막(140)은, 예컨대, 질화막 재질의 막으로 형성한다. 상기 게이트(G)를 포함한 필라형 액티브 패턴(P)들 사이에 형성된 라이너 절연막(140), 게이트 절연막(132), 불순물 이온주입 영역(120) 및 그 아래의 반도체 기판(100) 부분을 식각하여 트렌치(T)를 형성한다.Referring to FIG. 3E, the
한편, 상기 트렌치(T) 양측 상부에 위치한 불순물 이온주입 영역(120)은 후속 클리닝 공정, 예컨대, 습식 클리닝 공정에 의해 식각되는 특성을 가지므로, 상기 트렌치(T) 상부의 CD가 종래보다 증가된다. 이를 통해, 본 발명은 상기 트렌치(T) 양측의 매몰 비트 라인(BL) 간의 브리지를 방지할 수 있다.On the other hand, the impurity
상기 측벽 절연막(142) 상에 상기 트렌치(T)를 매립하도록 갭필 절연막(144)을 형성한 후, 상기 갭필 절연막(144)과 측벽 절연막(142)을 상기 게이트(G)의 측벽에 형성된 라이너 절연막(140) 부분이 노출될 때까지 식각한다. 그 결과, 상기 트렌치(T) 내에 상기 매몰 비트 라인(BL)을 분리하며, 상기 측벽 절연막(142)과 갭필 절연막(144)을 포함하는 절연막(150)이 형성된다.After the gap fill insulating
도 3g를 참조하면, 상기 노출된 라이너 절연막(140) 부분을 제거한다. 상기 절연막(150) 상에 도전막을 증착한 후, 상기 도전막의 소정 두께를 식각하여 게이트(G)와 콘택하며, 매몰 비트 라인(BL)의 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 연장 하는 다마신 워드 라인(WL)을 형성한다.Referring to FIG. 3G, a portion of the exposed
이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조를 완성한다.Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to complete the manufacture of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
이상에서와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 불순물 이온주입 영역과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막을 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막 부분을 통해 다마신 워드 라인과 매몰 비트 라인 간의 브리지를 방지할 수 있으며, 이에 따라, 반도체 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, in another embodiment of the present invention, a sidewall insulating film having a thickness relatively thicker than that of the other portions in the portion in contact with the impurity ion implantation region may be formed. In addition, the present invention can prevent the bridge between the damascene word line and the buried bit line through the sidewall insulating film portion having a relatively thick thickness, thereby improving semiconductor device characteristics and reliability.
한편, 전술한 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 불소의 이온주입을 게이트를 형성한 후, 그리고, 측벽 절연막을 형성하기 전에 수행하였으나, 본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 불소의 이온주입을 필라형 액티브 패턴을 형성하기 전에 수행하는 것도 가능하다. Meanwhile, in another embodiment of the present invention described above, the fluorine ion implantation is performed after the gate is formed and before the sidewall insulating film is formed, but as another embodiment of the present invention, the fluorine ion implantation is pillar-shaped. It is also possible to carry out before forming the active pattern.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4i를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4I.
도 4a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 대해 이온주입 공정을 수행하여, 반도체 기판(100)의 표면으로부터 차례로 배치되는 접합 영역(104)과 채널 영역(102)을 형성한다.Referring to FIG. 4A, an ion implantation process is performed on the
도 4b를 참조하면, 상기 채널 영역(102) 아래의 반도체 기판(100) 부분 내에 불순물 이온주입 영역(120)을 형성한다. 상기 불순물 이온주입 영역(120)은 불소를 이온주입하여 형성하며, 상기 불소의 이온주입은 1.0×1012∼1.0×1016이온/cm2의 도우즈로 수행한다.Referring to FIG. 4B, an impurity
도 4c를 참조하면, 상기 불순물 이온주입 영역(120)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 하드마스크막 패턴(110)을 형성한다. 상기 하드마크막 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 반도체 기판(100) 부분을 비등방성 식각한 다음, 상기 하드마스크막 패턴(110) 및 접합 영역(104)의 측벽에 스페이서(112)를 형성한다. Referring to FIG. 4C, a hard
그리고 나서, 상기 스페이서(112) 및 하드마스크막 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 반도체 기판(100) 부분을 등방성 식각하고, 그래서, 상기 반도체 기판(100)에 다수의 필라형 액티브 패턴(P)을 형성한다.Then, the portion of the
도 4d를 참조하면, 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 표면 상에 게이트 절연막(132)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(132)은, 예컨대, 산화막 재질의 막으로 형성하며, B 부분에 도시된 바와 같이, 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는다.Referring to FIG. 4D, a
도 4e를 참조하면, 상기 게이트 절연막(132) 상에 게이트 도전막(134)을 형성한 후, 상기 게이트 도전막(134)을 식각하여 상기 필라형 액티브 패턴(P)의 측벽에 게이트 절연막(132)과 게이트 도전막(134)을 포함하는 환형 게이트(G)를 각각 형성한다. Referring to FIG. 4E, after the gate
도 4f를 참조하면, 상기 게이트(G)를 포함하는 필라형 액티브 패턴(P) 아래의 반도체 기판(100) 부분 내에 제1 방향으로 연장하는 매몰 비트 라인(BL)을 형성 한다. 상기 매몰 비트 라인(BL)은, 예컨대, 이온주입 공정을 통해 형성한다. Referring to FIG. 4F, an embedded bit line BL extending in a first direction is formed in a portion of the
도 4g를 참조하면, 상기 매몰 비트 라인(BL)이 형성된 반도체 기판(100)의 결과물 상에 라이너 절연막(140)을 형성한다. 상기 라이너 절연막(140)은, 예컨대, 질화막 재질의 막으로 형성한다. 상기 게이트(G)를 포함한 필라형 액티브 패턴(P)들 사이에 형성된 라이너 절연막(140), 게이트 절연막(132), 불순물 이온주입 영역(120) 및 그 아래의 반도체 기판(100) 부분을 식각하여 트렌치(T)를 형성한다.Referring to FIG. 4G, a
한편, 상기 트렌치(T) 양측 상부에 위치한 불순물 이온주입 영역(120)은 후속 클리닝 공정, 예컨대, 습식 클리닝 공정에 의해 식각되는 특성을 가지므로, 상기 트렌치(T) 상부의 CD가 종래보다 증가된다. 이를 통해, 본 발명은 상기 트렌치(T) 양측의 매몰 비트 라인(BL) 간의 브리지를 방지할 수 있다.On the other hand, the impurity
도 4h를 참조하면, 상기 트렌치(T)의 표면 상에, C 부분에 도시된 바와 같이, 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에서 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 측벽 절연막(142)을 형성한다. 상기 측벽 절연막(142)은, 예컨대, 산화막 재질의 막으로 형성한다.Referring to FIG. 4H, a sidewall insulating layer having a relatively thicker thickness on the surface of the trench T may be in contact with the impurity
상기 측벽 절연막(142) 상에 상기 트렌치(T)를 매립하도록 갭필 절연막(144)을 형성한 후, 상기 갭필 절연막(144)과 측벽 절연막(142)을 상기 게이트(G)의 측벽에 형성된 라이너 절연막(140) 부분이 노출될 때까지 식각한다. 그 결과, 상기 트렌치(T) 내에 상기 매몰 비트 라인(BL)을 분리하며, 상기 측벽 절연막(142)과 갭필 절연막(144)을 포함하는 절연막(150)이 형성된다.After the gap fill insulating
도 4i를 참조하면, 상기 노출된 라이너 절연막(140) 부분을 제거한다. 상기 절연막(150) 상에 도전막을 증착한 후, 상기 도전막의 소정 두께를 식각하여 게이트(G)와 콘택하며, 매몰 비트 라인(BL)의 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 연장하는 다마신 워드 라인(WL)을 형성한다.Referring to FIG. 4I, a portion of the exposed
여기서, 전술한 본 발명의 또 다른 실시예에서는 필라형 액티브 패턴(P)들 사이의 반도체 기판(100) 표면 내에 불소가 이온주입된 불순물 이온주입 영역(120)을 형성함으로써, A 부분에 도시된 바와 같이, 상기 불순물 이온주입 영역(120)과 접하는 부분에 나머지 다른 부분에서보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 게이트 절연막(232) 및 측벽 절연막(142)을 형성할 수 있다.Here, in another embodiment of the present invention described above, by forming the impurity
이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조를 완성한다.Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to complete the manufacture of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A through 2H are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.3A to 3G are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.4A to 4I are cross-sectional views illustrating processes for manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 102 : 채널 영역100
104 : 접합 영역 110 : 하드마스크막 패턴104: junction region 110: hard mask film pattern
112 : 스페이서 P : 필라형 액티브 패턴112: spacer P: pillar type active pattern
120 : 불순물 이온주입 영역 132 : 게이트 절연막120 impurity
134 : 게이트 도전막 G : 게이트134: gate conductive film G: gate
BL : 매몰 비트 라인 140 : 라이너 절연막BL: investment bit line 140: liner insulating film
T : 트렌치 142 : 측벽 절연막T: trench 142: sidewall insulating film
144 : 갭필 절연막 150 : 절연막144: gap fill insulating film 150: insulating film
WL : 워드 라인WL: word line
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020080077900A KR101019701B1 (en) | 2008-08-08 | 2008-08-08 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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KR (1) | KR101019701B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9165935B2 (en) | 2011-06-30 | 2015-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods for manufacturing the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19990023922A (en) * | 1997-08-27 | 1999-03-25 | 디어터 크리스트, 베르너 뵈켈 | DDR AM-cell device and its manufacturing method |
KR19990041694A (en) * | 1997-11-24 | 1999-06-15 | 공영조 | Heavy metal removal and neutralization device of waste mine leachate |
KR20070038233A (en) * | 2005-10-05 | 2007-04-10 | 삼성전자주식회사 | Circuitry device comprising vertical transistors with buried bit lines and manufacturing method for the same |
KR20070058906A (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-11 | 삼성전자주식회사 | Method of fabricating semiconductor memory device having vertical transistor |
-
2008
- 2008-08-08 KR KR1020080077900A patent/KR101019701B1/en not_active IP Right Cessation
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US9165935B2 (en) | 2011-06-30 | 2015-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices and methods for manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20100019065A (en) | 2010-02-18 |
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