KR100728967B1 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도. 1A to 1F are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 본 발명의 반도체 소자를 도시한 단면도. 2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도. 3A to 3E are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device, according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 반도체 기판 201 : 소자분리막200: semiconductor substrate 201: device isolation film
202 : 게이트절연막 a : 폴리실리콘막202: gate insulating film a: polysilicon film
b : 금속막 203 : 게이트도전막b: metal film 203: gate conductive film
205 : 게이트 206 : 스페이서205: gate 206: spacer
207a : 소오스영역 207b : 드레인영역207a:
204 : 절연막 208 : 제1층간절연막204: insulating film 208: first interlayer insulating film
210 : 제2층간절연막 211 : 비트라인210: second interlayer insulating film 211: bit line
213 : 스토리지노드용 플러그 R : 홈213: Plug for storage node R: Groove
H1 : 제1콘택홀 H2 : 제2콘택홀H1: 1st contact hole H2: 2nd contact hole
M1' : 제1마스크패턴 M2' : 제2마스크패턴M1 ': first mask pattern M2': second mask pattern
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 채널의 유효 길이를 증가시켜 단채널 효과를 억제함으로써, 동작 특성 및 리프레쉬 특성을 개선할 수 있고, 아울러 소오스영역과 스토리지노드 간의 거리를 단축시켜 저항 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to increase the effective length of a channel and to suppress short channel effects, thereby improving operating characteristics and refresh characteristics, and between the source region and the storage node. The present invention relates to a semiconductor device capable of shortening distance and improving resistance characteristics, and a method of manufacturing the same.
반도체 소자의 고집적화에 따라 셀 트랜지스터의 채널 길이 및 접합영역(소오스/드레인영역)의 면적은 감소하고, 채널영역 및 접합영역으로의 도핑 농도는 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 게이트의 제어능력이 저하되어 문턱전압(Threshold Voltage : Vt)이 급격하게 감소하는 단채널 효과(Short Channel Effect)가 유발되고, 전계(Electric field) 증가에 따라 접합 누설전류(Junction Leakage Current)가 증가하여 리프레쉬 특성이 열화되는 등 소자 특성의 저하가 야기된다. As the semiconductor devices become more integrated, channel lengths and area of junction regions (source / drain regions) of cell transistors decrease and doping concentrations of the channel regions and junction regions increase. As a result, the gate control ability is degraded to cause a short channel effect in which the threshold voltage (Vt) is drastically reduced, and the junction leakage current is increased as the electric field is increased. ) Increases, resulting in deterioration of device characteristics such as deterioration of refresh characteristics.
그러므로, 기존의 플래너(planar) 채널 구조를 갖는 트랜지스터의 구조로는 상기한 고집적화에 따른 제반 문제점들을 극복하는데 그 한계점에 이르게 되었다. 이에 따라, 유효 채널 길이(effective channel length)를 확보할 수 있는 다양한 형태의 리세스 채널(recess channel)을 갖는 모스펫(MOSFET) 소자의 구현에 대한 아이디어 및 실제 공정개발 연구가 진행되고 있다. Therefore, the structure of a transistor having a conventional planar channel structure has reached its limit in overcoming all the problems caused by the high integration. Accordingly, research on the idea and actual process development of the implementation of a MOSFET device having various types of recess channels capable of securing an effective channel length is being conducted.
이하에서는 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 종래의 플래너 채널 구조를 갖는 반도체 소자의 제조방법 및 그 문제점을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having a conventional planar channel structure and a problem thereof will be described with reference to FIGS. 1A to 1E.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 1A to 1D are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 활성영역을 한정하는 소자분리막(101)이 구비된 반도체 기판(100) 내에 공지의 웰(well) 이온주입 및 채널 이온주입을 수행한 후, 상기 기판(100) 상에 게이트절연막(102), 게이트도전막(103) 및 하드마스크막(104)을 차례로 형성한다. 그런 다음, 상기 하드마스크막(104) 상에 게이트 형성 영역을 정의하는 제1마스크패턴(M1)을 형성한다. 여기서, 상기 게이트절연막(102)은 통상 열산화공정에 의한 산화막으로 형성하고, 게이트도전막(103)은 도핑된 폴리실리콘막(a)과 금속막(b)의 적층막으로 형성하며, 하드마스크막(104)은 질화막으로 형성한다. Referring to FIG. 1A, after well-known well ion implantation and channel ion implantation are performed in a
도 1b를 참조하면, 상기 제1마스크패턴을 식각마스크로 이용해서 하드마스크막(104)을 식각한 후, 잔류된 제1마스크패턴을 제거한다. 이어서, 상기 식각된 하드마스크막(104)을 식각마스크막으로 이용해서 게이트도전막(103) 및 게이트절연막(102)을 식각하여 게이트(105)를 형성한다. Referring to FIG. 1B, after etching the
그런 다음, 도시하지는 않았지만, 상기 게이트(105) 형성시 게이트(105) 측벽 및 기판 표면에 유발된 식각 결함(damage)이 회복되도록, 그리고, 후속하는 불순물 이온주입 공정시 기판이 보호되도록, 기판 결과물을 산화시켜 게이트절연막(102)과 폴리실리콘막(103)의 측벽 및 기판 상에 재산화막을 형성시킨다. 상기 재산화막 형성시에는 금속막(b) 측벽에는 재산화막이 형성되지 않도록 공정 조건을 제어해주어야 하는데, 이에 상기 산화 공정을 선택적 산화 공정이라 한다. Subsequently, although not shown, the substrate resultant may be used to recover the etching damage caused to the
그런 다음, 상기 게이트(105) 양측벽에 스페이서(106)를 형성하고, 상기 스페이서(106)를 포함한 게이트(105) 양측의 활성영역 내에 불순물을 이온주입하여 소오스영역(107a) 및 드레인영역(107b)을 형성한다. Next,
이로써, 상기 게이트(105) 하부의 채널 영역이 평탄한, 즉, 플래너(planar)한 채널 구조를 갖는 트랜지스터가 형성된다. As a result, a transistor having a channel structure having a flat, ie planar channel structure under the
도 1c를 참조하면, 상기 스페이서(106)를 포함한 게이트(105)를 덮도록 기판 결과물 상에 제1층간절연막(108)을 형성하고, 상기 제1층간절연막(108)을 식각하여 수 개의 게이트(105) 및 그들 사이의 소오스영역(107a)과 드레인영역(107b)을 동시에 노출시키는 랜딩플러그(landing plug)용 콘택홀(LH)을 형성한다. Referring to FIG. 1C, a first
도 1d를 참조하면, 상기 랜딩플러그용 콘택홀(LH)을 매립하도록 제1층간절연막(108) 상에 도핑된 폴리실리콘막과 같은 랜딩플러그용 도전막을 형성한다. 그리고 나서, 상기 랜딩플러그용 도전막 및 제1층간절연막(108)을 하드마스크막(104)이 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 게이트(105)에 의해 전기적으로 분리된 랜딩플러그(109)들을 형성한다. 여기서, 상기 소오스영역(107a) 상에 형성된 랜딩플러그(109)는 이후 스토리지노드용 플러그와 콘택되고, 드레인영역(107b) 상에 형성된 랜딩플러그(109)는 비트라인과 콘택된다. Referring to FIG. 1D, a landing plug conductive film such as a polysilicon film doped on the first
그런 다음, 상기 랜딩플러그(109)를 구비한 제1층간절연막(108) 상에 제2층간절연막(110)을 형성하고, 상기 제2층간절연막(110) 상에 드레인영역(107b) 상부에 형성된 제2층간절연막(110) 부분을 선택적으로 노출시키는 제2마스크패턴(M2)을 형성한다. 여기서, 상기 제2마스크패턴(M2)은 홀 타입의 개구부를 갖는다. Next, a second
도 1e를 참조하면, 상기 제2마스크패턴을 식각마스크로 이용해서, 상기 드레인영역(107b) 상부에 형성된 제2층간절연막(110) 부분을 제거하여 비트라인용 콘택홀(BH)을 형성한다. Referring to FIG. 1E, a portion of the second
다음으로, 제2마스크패턴을 제거한 상태에서, 상기 비트라인용 콘택홀(BH)을 매립하도록 제2층간절연막(110) 상에 텅스텐과 같은 비트라인용 도전막을 형성하고, 상기 비트라인용 도전막을 라인 형태로 식각하여 랜딩플러그(109)에 의해 드레인영역(107b)과 연결되는 비트라인(111)을 형성한다. Next, in the state where the second mask pattern is removed, a bit line conductive film such as tungsten is formed on the second
도 1f를 참조하면, 상기 비트라인(111)을 덮도록 제2층간절연막(110) 상에 제3층간절연막(112)을 형성하고, 상기 제3층간절연막(112) 및 제2층간절연막(110)을 식각하여 소오스영역(107a) 상부에 형성된 랜딩플러그(109)를 노출시키는 스토리지노드 플러그용 콘택홀(SH)를 형성한다. Referring to FIG. 1F, a third interlayer
그런 다음, 상기 스토리지노드 플러그용 콘택홀(SH) 내에 도핑된 폴리실리콘막과 같은 도전막을 매립하여 스토리지노드용 플러그(113)를 형성한다. Thereafter, a conductive film such as a polysilicon film doped in the storage node plug contact hole SH is embedded to form the
이후, 도시하지는 않았지만, 상기 스토리지노드용 플러그(113)와 콘택되도록 캐패시터를 형성하고, 계속하여 공지의 후속 공정을 차례로 수행하여 반도체 소자를 제조한다. Subsequently, although not illustrated, a capacitor is formed to be in contact with the
그런데, 이상에서 도시하고 설명한, 플래너(planar) 채널 구조를 갖는 반도체 소자에서는 채널이 2차원의 평면 구조로 형성되기 때문에, 앞서 언급한 바와 같이, 고집적화에 따라 단채널 효과가 유발되고, 리프레쉬 특성이 열화되는 문제가 발생한다. However, in the semiconductor device having a planar channel structure shown and described above, since the channel is formed in a two-dimensional planar structure, as mentioned above, a short channel effect is induced by high integration, and the refresh characteristics are The problem of deterioration occurs.
또한, 전술한 종래 기술에서는 게이트(105)가 기판 상에 돌출되어 있고, 랜딩플러그(109) 및 스토리지노드용 플러그(113)를 통해서 소오스영역(107a)과 캐패시터간 전기적 연결이 이루어지므로, 소오스영역(107a)과 캐패시터간 거리가 멀고 그들 사이의 저항이 크다. 이에 따라, 캐패시터에 전하를 저장하거나, 또는, 캐패시터에 저장된 전하를 방출시키는 읽기 쓰기(read & write) 동작 시간이 느려지는, 이른바, tWR(write recovery time) 특성 열화 현상이 발생한다. In addition, in the above-described conventional technology, the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 채널의 유효 길이를 증가시켜 단채널 효과를 억제하고 리프레쉬 특성을 개선시킬 수 있으며, 아울러 소오스영역과 캐패시터간 거리를 좁혀 tWR 특성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, it is possible to increase the effective length of the channel to suppress the short-channel effect and improve the refresh characteristics, and also to narrow the distance between the source region and the capacitor tWR It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can improve the characteristics.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자는, 소자분리막에 의해 한정되며, 게이트 형성 영역을 포함한 길이방향에 따른 중앙부에 홈이 형성된 활성영역을 갖는 반도체 기판; 홈 양측부에 형성된 매몰 게이트; 홈 양측의 활성영역 내에 형성된 소오스영역; 게이트들 사이의 홈 중앙부의 활성영역 내에 형성된 드레인영역; 게이트를 덮도록 기판 상에 형성되며, 드레인영역을 노출시키는 제1콘택홀을 구비한 제1절연막; 제1콘택홀을 포함한 제1절연막의 일부분 상에 드레인영역과 콘택되도록 형성된 비트라인; 비트라인을 덮도록 제1절연막 상에 형성되며, 소오스영역을 노출시키는 제2콘택홀을 구비한 제2절연막; 및 제2콘택홀 내에 소오스영역과 콘택되도록 형성된 스토리지노드용 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 한다. A semiconductor device of the present invention for achieving the above object, the semiconductor device is defined by a device isolation film, the semiconductor substrate having an active region formed with a groove in the center along the longitudinal direction including the gate formation region; A buried gate formed at both sides of the groove; A source region formed in the active region on both sides of the groove; A drain region formed in an active region in the center of the groove between the gates; A first insulating layer formed on the substrate to cover the gate and having a first contact hole exposing the drain region; A bit line formed to contact the drain region on a portion of the first insulating layer including the first contact hole; A second insulating layer formed on the first insulating layer so as to cover the bit line and having a second contact hole exposing the source region; And a storage node plug formed to contact the source region in the second contact hole.
여기서, 상기 홈은 100∼5000Å의 깊이를 갖는다. Here, the groove has a depth of 100 to 5000 kPa.
상기 홈은 길이방향에 따른 활성영역 길이의 40∼70%의 폭을 갖는다. The groove has a width of 40 to 70% of the length of the active region along the longitudinal direction.
상기 게이트는 게이트 형성 영역에 해당하는 홈 표면 상에 형성된 게이트절연막과, 게이트절연막 상에 홈 표면을 따라 균일한 두께로 형성된 폴리실리콘막 및 폴리실리콘막 상에 홈을 매립하도록 형성된 금속막의 적층막으로 이루어진다. The gate is a laminated film of a gate insulating film formed on the groove surface corresponding to the gate formation region, a polysilicon film formed on the gate insulating film with a uniform thickness along the groove surface, and a metal film formed to fill the groove on the polysilicon film. Is done.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 활성영역을 한정하는 소자분리막이 구비된 반도체 기판을 제공하는 단계; 기판 활성영역의 게이트 형성 영역을 포함한 길이방향에 따른 중앙부를 리세스하여 홈을 형성하는 단계; 홈 표면 상에 게이트절연막을 형성하는 단계; 게이트절연막이 형성된 홈 내에 게이트도전막을 매립하는 단계; 게이트도전막 양측의 활성영역 내에 소오스영역을 형성하는 단계; 게이트도전막 및 소오스영역이 형성된 기판 결과물의 전면 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 제1절연막, 게이트도전막 및 게이트절연막을 식각하여 홈 양측부에 매몰 게이트를 형성함과 아울러 드레인 예정 영역을 노출시키는 제1콘택홀을 형성하는 단계; 게이트 측면을 포함한 제1콘택홀 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 스페이서를 포함한 게이트들 사이의 홈 중앙부의 활성영역 내에 드레인영역을 형성하는 단계; 제1콘택홀을 포함한 제1절연막의 일부분 상에 비트라인을 형성하는 단계; 비트라인을 덮도록 제1절연막 상에 제2절연막을 형성하는 단계; 제2절연막 및 제1절연막을 식각하여 소오스영역을 노출시키는 제2콘택홀을 형성하는 단계; 및 제2콘택홀 내에 도전막을 매립하여 스토리지노드용 플러그를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object, comprising the steps of providing a semiconductor substrate having a device isolation film defining an active region; Recessing a central portion in the longitudinal direction including the gate forming region of the substrate active region to form a groove; Forming a gate insulating film on the groove surface; Embedding the gate conductive film in the groove in which the gate insulating film is formed; Forming a source region in active regions on both sides of the gate conductive layer; Forming a first insulating film on the entire surface of the substrate product in which the gate conductive film and the source region are formed; Etching the first insulating film, the gate conductive film, and the gate insulating film to form a buried gate at both sides of the groove and to form a first contact hole exposing a drain predetermined region; Forming spacers on both side walls of the first contact hole including the gate side surface; Forming a drain region in an active region in the center of the groove between the gates including the spacers; Forming a bit line on a portion of the first insulating layer including the first contact hole; Forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover the bit line; Etching the second insulating layer and the first insulating layer to form a second contact hole exposing the source region; And embedding a conductive film in the second contact hole to form a plug for the storage node.
여기서, 상기 홈은 100∼5000Å의 깊이로 형성한다. Here, the groove is formed to a depth of 100 ~ 5000∼.
상기 홈은 길이방향에 따른 활성영역 길이의 40∼70%의 폭으로 형성한다. The groove is formed to a width of 40 to 70% of the length of the active region along the longitudinal direction.
상기 게이트도전막은 게이트절연막 상에 홈 표면을 따라 균일한 두께로 형성된 폴리실리콘막과 나머지 홈 부분을 매립하도록 폴리실리콘막 상에 형성된 금속막의 적층막으로 형성한다. The gate conductive film is formed of a laminated film of a polysilicon film formed in a uniform thickness along the groove surface on the gate insulating film and a metal film formed on the polysilicon film to fill the remaining groove portions.
상기 소오스영역 및 드레인영역은 B, BF2, P 및 As로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 불순물을 1E12∼1E17 원자/㎠ 도우즈 및 5∼500KeV 에너지로 이온주입하여 형성한다. The source region and the drain region are formed by ion implantation of any one of impurities selected from the group consisting of B, BF 2, P, and As with 1E12 to 1E17 atom / cm 2 dose and 5 to 500 KeV energy.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명의 반도체 소자의 구조 및 그 잇점을 간략히 설명하도록 한다. First, referring to FIG. 2, the structure and advantages of the semiconductor device of the present invention will be briefly described.
본 발명의 반도체 소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 형성 영역을 포함한 길이방향에 따른 중앙부에 홈(R)이 형성된 활성영역을 갖는 반도체 기판(200)과, 상기 홈(R) 양측부에 형성된 매몰 게이트(205)와, 상기 홈(R) 양측의 활성영역 내에 형성된 소오스영역(207a)과, 상기 게이트(205)들 사이의 홈(R) 중앙부의 활성영역 내에 형성된 드레인영역(207b)과, 상기 게이트(205)를 덮도록 기판 상에 형성되며, 드레인영역(207b)을 노출시키는 제1콘택홀(H1)을 구비한 절연막(204)과 제1층간절연막(208)의 적층막과, 상기 제1콘택홀(H1)을 포함한 제1층간절연막(208) 상에 드레인영역(207b)과 콘택되도록 형성된 비트라인(211)과, 상기 비트라인(211)을 덮도록 제1층간절연막(208) 상에 형성되며, 상기 소오스영역(207a)을 노출시키는 제2콘택홀(H2)을 구비한 제2층간절연막(210) 및 상기 제2콘택홀(H2) 내에 소오스영역(207a)과 콘택되도록 형성된 스토리지노드용 플러그(213)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 미설명된 도면부호 206은 스페이서를 나타낸다. As shown in FIG. 2, the semiconductor device of the present invention includes a
여기서, 상기 홈(R)은 100∼5000Å의 깊이를 가지며, 길이방향에 따른 활성영역 길이의 40∼70%의 폭을 갖는다. Here, the groove (R) has a depth of 100 ~ 5000Å, and has a width of 40 to 70% of the length of the active region in the longitudinal direction.
상기 게이트(205)는 게이트 형성 영역에 해당하는 홈(R) 표면 상에 형성된 게이트절연막(202)과, 상기 게이트절연막(202) 상에 홈(R) 표면을 따라 균일한 두께로 형성된 폴리실리콘막(a) 및 상기 폴리실리콘막(a) 상에 홈을 매립하도록 형성된 금속막(b)의 적층막으로 이루어진다. 여기서, 상기 폴리실리콘막(a)과 금속막(b)의 적층막은 게이트도전막(203)이다. The
본 발명의 반도체 소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 활성영역 내부에 게이트(205)가 매몰되어 있기 때문에, 활성영역과 접하는 게이트(205)의 표면적이 종래 플래너(planar) 구조에서보다 증가되므로, 채널의 유효 길이가 증가된다. 그러므로, 본 발명은 단채널 효과를 억제하고, 채널과 소오스 및 드레인영역(207a, 207b)간 접합 누설전류를 감소시켜 리프레쉬 특성을 개선할 수 있다. In the semiconductor device of the present invention, as shown in FIG. 2, since the
또한, 본 발명의 반도체 소자는 게이트(205)가 기판 상에 돌출되지 않고, 기 판 활성영역 내에 매몰되어 있으므로, 종래 기술에서의 랜딩플러그 없이 스토리지노드용 플러그(213)만으로 소오스영역(207a)과 캐패시터를 전기적으로 연결시킬 수 있으므로, 소오스영역(207a)과 캐패시터간 거리를 좁혀 tWR 특성을 개선할 수 있다. In addition, in the semiconductor device of the present invention, since the
이하에서는, 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 도 2와 같은 구조를 갖는 본 발명의 반도체 소자의 제조방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention having the structure as shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 3A to 3E are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 활성영역을 한정하는 소자분리막(201)이 구비된 반도체 기판(200) 내에 공지의 웰(well) 이온주입 및 채널 이온주입을 수행한 후, 상기 기판(200) 상에 활성영역의 게이트 형성 영역을 포함한 길이방향에 따른 중앙부를 노출시키는 제1마스크패턴(M1')을 형성한다. 그런 다음, 상기 제1마스크패턴(M1')을 식각마스크로 이용해서, 노출된 활성영역 부분을 리세스하여 홈(R)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, well-known well ion implantation and channel ion implantation are performed in a
여기서, 상기 홈(R)은 100∼5000Å의 깊이로 형성하고, 길이방향에 따른 활성영역 길이의 40∼70%의 폭으로 형성하는데, 상기 홈(R)의 깊이 및 폭을 조절하여 채널의 유효 길이, 소오스영역 및 드레인영역의 폭을 조절해 줄 수 있다. Here, the groove (R) is formed to a depth of 100 ~ 5000Å, 40 to 70% of the width of the active region length along the longitudinal direction, the depth of the groove (R) by adjusting the depth and width of the effective channel The length, the width of the source region and the drain region can be adjusted.
다음으로, 상기 홈(R) 표면 상에 게이트절연막(202)을 형성하고, 이어서, 상기 게이트절연막(202)을 포함한 기판 상에 홈(R) 표면을 따라 균일한 두께로 폴리실리콘막(a)을 형성한다. 그런 다음, 상기 폴리실리콘막(a)을 포함한 기판 상에 나머지 홈(R) 부분을 매립하도록 금속막(b)을 형성한다. 여기서, 상기 폴리실리콘막 (a)과 금속막(b)의 적층막은 게이트도전막(203)이다. Next, a
도 3b를 참조하면, 상기 금속막(b), 폴리실리콘막(a) 및 제1마스크패턴(M1')을 기판이 노출될 때까지 CMP하여 홈(R) 부분에만 게이트도전막(203)이 잔류되도록 한다. 그런 다음, 상기 게이트도전막(203) 양측, 즉 홈(R) 양측의 활성영역 내에 불순물을 이온주입하여 소오스영역(207a)을 형성한다. Referring to FIG. 3B, the metal layer b, the polysilicon layer a, and the first mask pattern M1 ′ are CMP until the substrate is exposed, so that the gate
여기서, 상기 소오스영역(207a)은 B, BF2, P 및 As로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 불순물을 1E12∼1E17 원자/㎠ 도우즈 및 5∼500KeV 에너지로 이온주입하여 형성한다. The
다음으로, 상기 게이트도전막(203) 및 소오스영역(207a)이 형성된 기판 결과물의 전면 상에 절연막(204)과 제1층간절연막(208)을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 산화막 재질의 제1층간절연막(208)을 형성하기 전 질화막 재질의 절연막(204)을 먼저 형성하는 이유는 금속막(b) 상에 산화막을 직접 증착하는 경우 금속막(b)이 산화되어 그 특성이 열화되기 때문이다. Next, an insulating
계속해서, 상기 제1층간절연막(208) 상에 홈(R)의 길이방향에 따른 중앙부, 즉, 드레인 예정 영역을 정의하는 제2마스크패턴(M2')을 형성한다. 여기서, 상기 제2마스크패턴(M2')은 종래 기술에서의 제2마스크패턴(M2)과 달리 라인 타입의 개구부를 갖는다. Subsequently, a second mask pattern M2 ′ defining a central portion in the longitudinal direction of the groove R, that is, a drain predetermined region, is formed on the first
도 3c를 참조하면, 상기 제2마스크패턴(M2')을 식각마스크로 이용해서 노출된 제1층간절연막(208), 게이트도전막(203) 및 게이트절연막(202) 부분을 순차로 식각하여 홈(R) 양측부에 매몰 게이트(205)를 형성함과 아울러 드레인 예정 영역을 노출시키는 제1콘택홀(H1)을 형성한다. 그리고 나서, 제2마스크패턴을 제거한다. Referring to FIG. 3C, the first
그런 다음, 도시하지는 않않지만, 상기 게이트절연막(202) 및 게이트도전막(203)의 폴리실리콘막(a) 측벽과 노출된 활성영역 상에 재산화막을 형성하는 선택적 산화 공정을 수행한다. Then, although not shown, a selective oxidation process is performed to form a reoxidation film on the sidewalls of the polysilicon film (a) and the exposed active region of the
이어서, 상기 제1콘택홀(H1) 표면 및 제1층간절연막(208) 상에 스페이서용 절연막을 일정한 두께로 형성하고, 상기 스페이서용 절연막과 재산화막을 이방성 식각하여 도시된 바와 같이 게이트(205) 측벽을 포함한 제1콘택홀(H1) 양측벽에 절연 스페이서(206)를 형성한다. Next, a spacer insulating film is formed to a predetermined thickness on the surface of the first contact hole H1 and the first
그런 후, 상기 스페이서(206)를 포함한 게이트(205)들 사이의 홈(R) 중앙부의 활성영역 내에 불순물을 이온주입하여 드레인영역(207b)을 형성한다. Thereafter, an ion is implanted into the active region of the center portion of the groove R between the
여기서, 상기 드레인영역(207b)은 소오스영역(207a)과 마찬가지로 B, BF2, P 및 As로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 불순물을 1E12∼1E17 원자/㎠ 도우즈 및 5∼500KeV 에너지로 이온주입하여 형성한다. Here, the
도 3d를 참조하면, 상기 제1콘택홀(H1)을 매립하도록 제1층간절연막(208) 상에 비트라인용 도전막을 형성하고, 상기 비트라인용 도전막을 라인 형태로 식각하여 제1콘택홀(H1)을 포함한 제1층간절연막(208)의 일부분 상에 비트라인(211)을 형성한다. Referring to FIG. 3D, a bit line conductive layer is formed on the first
도 3e를 참조하면, 상기 비트라인(211)을 덮도록 제1층간절연막(208) 상에 제2층간절연막(210)을 형성하고, 상기 제2층간절연막(210), 제1층간절연막(208) 및 절연막(204)을 식각하여 소오스영역(207a)을 노출시키는 제2콘택홀(H2)을 형성한다. Referring to FIG. 3E, a second
그런 다음, 상기 제2콘택홀(H2)을 매립하도록 제2층간절연막(210) 상에 스토리지노드 플러그용 도전막을 형성한 후, 상기 스토리지노드 플러그용 도전막을 제2층간절연막(210)이 노출될 때까지 CMP하여 제2콘택홀(H2) 내에 스토리지노드용 플러그(213)를 형성한다. Thereafter, after forming a storage node plug conductive film on the second
이후, 도시하지는 않았지만, 상기 스토리지노드용 플러그(213)와 콘택되도록 캐패시터를 형성하고, 계속하여 공지의 후속 공정을 차례로 수행하여 본 발명의 반도체 소자를 제조한다. Subsequently, although not shown, a capacitor is formed to be in contact with the
이와 같이, 본 발명은 기판 활성영역 내에 게이트(205)를 매몰시켜 활성영역과 접하는 게이트(205)의 표면적을 종래 플래너(planar) 구조 보다 증가시키므로, 채널의 유효 길이가 증가된다. 그러므로, 본 발명은 단채널 효과를 억제하고, 채널 영역의 도핑 농도를 감소시켜 접합 누설전류를 감소시키고 리프레쉬 특성을 개선할 수 있다. As such, the present invention increases the surface area of the
특히, 본 발명은 채널 이온주입 후, 기판 활성영역의 길이방향에 따른 중앙부를 리세스하여 홈(R)을 형성할 때, 채널 이온주입된 영역 중에서 드레인 예정 영역 상부의 채널 이온주입된 부분이 리세스되기 때문에, 드레인영역(207b)과 채널간 전계를 더욱 감소시킬 수 있어서, 접합 누설전류를 효과적으로 억제할 수 있다. Particularly, in the present invention, when the channel R is formed by recessing the central portion in the longitudinal direction of the active region of the substrate after the channel ion implantation, the channel ion implanted portion of the channel ion implanted region is removed from the channel ion implanted region. Since it is accessed, the electric field between the
또한, 본 발명은 게이트(205)를 기판 상에 돌출시키지 않고, 기판 활성영역 내에 매몰시키므로, 종래 기술에서의 랜딩플러그를 형성하지 않고 스토리지노드용 플러그(213)만으로도 소오스영역(207a)과 캐패시터를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은 소오스영역(207a)과 캐패시터간 거리를 3000∼5000Å 정 도 줄여주어 tWR 특성을 개선할 수 있고, 반도체 소자의 제조 공정을 단순화할 수 있다. In addition, since the
아울러, 종래 기술에서는 게이트를 형성하기 위해 게이트 폭 만큼의 개구부를 갖는 마스크패턴(도 1a의 M1)이 요구되므로, 노광 공정의 한계로 인해 미세 폭을 갖는 게이트를 형성하는 것이 용이하지 않았지만, 본 발명에서는 도 3a의 게이트 형성 영역을 포함하는 활성영역의 중앙부를 노출시키는 제1마스크패턴(M1')과 도 3b의 비트라인 콘택 형성 영역을 정의하는 제2마스크패턴(M2')을 사용하여 2단계 방식으로 게이트(205) 및 비트라인용 콘택홀을 동시에 형성하기 때문에 상기 제2마스크패턴(M2')의 개구부 크기를 증가시킴으로써 미세 폭을 갖는 게이트를 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 방법은 미세 게이트 폭을 가지면서 유효 채널 길이는 증가된 트랜지스터를 갖는 초고집적 반도체 소자를 구현하는데 적합하다. In addition, in the prior art, since the mask pattern (M1 of FIG. 1A) having an opening equal to the gate width is required to form the gate, it is not easy to form a gate having a fine width due to the limitation of the exposure process. In FIG. 2A, a first mask pattern M1 ′ exposing a central portion of an active region including the gate forming region of FIG. 3A and a second mask pattern M2 ′ defining a bit line contact forming region of FIG. 3B are used. Since the
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 scope of the following claims is not limited to the scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
이상에서와 같이, 본 발명은 기판 활성영역 내에 게이트를 매몰시켜 활성영역과 접하는 게이트의 표면적을 종래 플래너(planar) 구조에서 보다 증가시키므로, 채널의 유효 길이가 증가시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은 고집적화 따른 단채널 효과를 억제하여 소자의 동작 특성을 개선할 수 있고, 채널 영역의 도핑 농도를 감소시켜 접합 누설전류를 감소시키고 리프레쉬 특성을 개선할 수 있다. As described above, the present invention increases the surface area of the gate in contact with the active region by burying the gate in the active region of the substrate than in the conventional planar structure, thereby increasing the effective length of the channel. Therefore, the present invention can improve the operation characteristics of the device by suppressing the short channel effect due to the high integration, and can reduce the doping concentration of the channel region to reduce the junction leakage current and improve the refresh characteristics.
특히, 본 발명은 채널 이온주입 후, 기판 활성영역의 길이방향에 따른 중앙부를 리세스할 때, 채널 이온주입된 영역 중에서 드레인 예정 영역 상부의 채널 이온주입된 부분까지 리세스하기 때문에, 드레인영역과 채널 영역간 전계를 감소시킬 수 있어서, 접합 누설전류를 효과적으로 억제할 수 있다. Particularly, the present invention recesses the channel ion implanted portion of the channel ion implanted region from the channel ion implanted region when the center portion along the longitudinal direction of the substrate active region is recessed after the channel ion implantation. The electric field between the channel regions can be reduced, so that the junction leakage current can be effectively suppressed.
또한, 본 발명은 게이트를 기판 활성영역 내에 매몰시키므로, 종래 기술에서의 랜딩플러그 없이 스토리지노드용 플러그만으로 소오스영역과 캐패시터를 전기적으로 연결할 수 있어서, 소오스영역과 캐패시터간 거리를 종래 보다 3000∼5000Å 정도 줄여줄 수 있다. 그러므로, 본 발명은 반도체 소자의 제조공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 소오스영역과 캐패시터간 저항을 감소시켜 tWR 특성을 개선할 수 있다. In addition, since the gate is buried in the active region of the substrate, the source region and the capacitor can be electrically connected to each other using only a storage node plug without a landing plug in the prior art, so that the distance between the source region and the capacitor is about 3000 to 5000 占 퐉. Can be reduced. Therefore, the present invention can not only simplify the manufacturing process of the semiconductor device but also improve the tWR characteristic by reducing the resistance between the source region and the capacitor.
아울러, 종래 기술에서는 게이트를 형성하기 위해 게이트 폭 만큼의 개구부를 갖는 마스크패턴(도 1a의 M1)이 요구되므로, 노광 공정의 한계로 인해 미세 폭을 갖는 게이트를 형성하는 것이 용이하지 않았지만, 본 발명에서는 도 3a의 게이트 형성 영역을 포함하는 활성영역의 중앙부를 노출시키는 제1마스크패턴(M1')과 도 3b의 비트라인 콘택 형성 영역을 정의하는 제2마스크패턴(M2')을 사용하여 2단계 방식으로 게이트 및 비트라인용 콘택홀을 동시에 형성하기 때문에 상기 제2마스크패턴(M2')의 개구부 크기를 증가시킴으로써 미세 폭을 갖는 게이트를 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 방법은 미세 게이트 폭을 가지면서 유효 채 널 길이는 증가된 트랜지스터를 갖는 초고집적 반도체 소자를 구현하는데 적합하다는 잇점이 있다. In addition, in the prior art, since the mask pattern (M1 of FIG. 1A) having an opening equal to the gate width is required to form the gate, it is not easy to form a gate having a fine width due to the limitation of the exposure process. In FIG. 2A, a first mask pattern M1 ′ exposing a central portion of an active region including the gate forming region of FIG. 3A and a second mask pattern M2 ′ defining a bit line contact forming region of FIG. 3B are used. Since the gate and the bit line contact holes are simultaneously formed, the gate having the fine width can be easily formed by increasing the size of the opening of the second mask pattern M2 ′. As such, the method of the present invention has the advantage that it is suitable to implement an ultra-high density semiconductor device having a transistor having a fine gate width and an increased effective channel length.
Claims (9)
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CN103107160A (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-15 | 海力士半导体有限公司 | Semiconductor device for increasing bit line contact area, and module and system including the same |
Citations (1)
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KR100677767B1 (en) | 2004-06-30 | 2007-02-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Memory device and method for fabricating the same |
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