KR101060692B1 - Method for forming semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은 반도체 기판 상의 수직형 필라 측벽에 제 1 스페이서를 형성하고, 상기 수직형 필라 사이의 상기 반도체 기판 상에 이온주입영역을 형성하고, 상기 이온주입영역을 식각하여 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치에 실리사이드층을 형성하고, 상기 실리사이드층 및 상기 이온주입영역이 분리되도록 상기 반도체 기판을 식각하여 매립비트라인을 형성한 후, 상기 수직형 필라의 측벽에 게이트 절연막 및 게이트 도전층을 형성함으로써, 게이트와의 오프셋을 준 후 매립 비트라인에 실리사이드층을 형성함으로써 매립 비트라인과 게이트가 쇼트되지 않도록 할 수 있으며, 필라 주위에 층간 절연막과 선택비가 다른 물질을 증착한 후 다마신 워드라인 형성공정에서 제거함으로써 자기정렬방식으로 게이트 절연막 및 게이트 도전층을 증착할 공간을 확보함으로써 공정마진을 확보하는 효과를 제공한다.In the method of forming a semiconductor device of the present invention, a first spacer is formed on sidewalls of a vertical pillar on a semiconductor substrate, an ion implantation region is formed on the semiconductor substrate between the vertical pillars, and the ion implantation region is etched to form a trench. And forming a buried bit line by forming a silicide layer in the trench, etching the semiconductor substrate to separate the silicide layer and the ion implantation region, and forming a buried bit line on the sidewall of the vertical pillar. By forming a layer, a gap between the buried bit line and the gate can be prevented from being shorted by forming a silicide layer on the buried bit line after offset with the gate, and damascene after depositing a material having a different interlayer insulating film and selectivity around the pillar. Gate insulating film and gate by self-alignment by removing in word line forming process The process margin is secured by securing a space for depositing a conductive layer.

수직형 트랜지스터 Vertical transistor

Description

반도체 소자의 형성 방법{Method for forming semiconductor device}Method for forming semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 수직형 트랜지스터의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and a method of forming a vertical transistor.

반도체 소자의 집적도가 향상되면서 한정된 영역에 더 많은 소자를 형성하기 위하여 트랜지스터 크기가 감소되면서 트랜지스터의 채널 길이가 감소되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices improves, the channel length of the transistors decreases as the transistor size decreases to form more devices in a limited region.

트랜지스터의 채널 길이가 감소됨에 따라 단채널 효과(short channel effect: SCE)와 같은 영향으로 인하여 반도체 소자가 정상적으로 구동되지 못하는 문제점을 해결하기 위하여 상대적으로 채널 길이를 연장하도록 채널 영역에 그루브(groove)를 형성하거나 트랜지스터를 수직형 구조로 형성하는 수직형 트랜지스터 기술이 개발되었다.As the channel length of the transistor decreases, grooves are formed in the channel region to extend the channel length relatively to solve the problem that the semiconductor device does not operate normally due to an effect such as a short channel effect (SCE). Vertical transistor technology has been developed to form or form a transistor in a vertical structure.

수직형 트랜지스터는 한정된 영역에 기가 비트(giga bit) 수준의 트랜지스터를 집적하는데 적합하도록 수평형 채널 구조에서 수직형 채널 구조를 가지며 수직형 채널 구조를 둘러싸는 써라운딩 게이트(surrounding gate) 전극 구조를 포함한다.Vertical transistors include a surrounding gate electrode structure with a vertical channel structure in a horizontal channel structure and suitable for integrating a giga bit level transistor in a confined region and surrounding the vertical channel structure. do.

이러한 수직형 트랜지스터는 소자 면적 감소에도 일정한 채널 길이를 유지할 수 있기 때문에 단채널 효과와 같은 문제점을 해결하는데 매우 효과적이며, 특히 써라운딩 게이트는 제어력(gate controllability)을 극대화할 수 있어 단채널 효과 뿐만 아니라 전류가 흐르는 면적이 가장 넓어 우수한 전류 특성을 제공할 수 있다. Such vertical transistors are very effective in solving problems such as short channel effects because they can maintain a constant channel length even when the device area is reduced. In particular, the rounding gate can maximize gate controllability, so that not only short channel effects The area through which the current flows is the widest to provide excellent current characteristics.

한정된 영역에 집적도를 증가시키기 위하여 수직형 트랜지스터는 높은 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 가늘고 긴 구조가 요구되기 때문에 반도체 기판 내에 한정되는 필라(pillar)를 포함한다.In order to increase the degree of integration in a limited area, vertical transistors include pillars that are confined within a semiconductor substrate because a long and elongated structure with a high aspect ratio is required.

종래 기술에 따른 수직형 트랜지스터의 형성 방법을 간단히 살펴보면 다음과 같다. A brief description will be given of a method of forming a vertical transistor according to the prior art.

먼저, 활성영역을 정의하는 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 반도체 기판을 식각하여 수직형 필라를 형성한다. 그 다음, 수직형 필라를 감싸는 써라운드 게이트를 형성하고, 써라운드 게이트 사이의 반도체 기판에 불순물을 주입하여 비트라인 불순물 영역을 형성한다. 그 다음, 써라운드 게이트 사이의 반도체 기판을 식각하여 분리된 매립 비트라인(Buried bitline,BBL)을 형성한다. 이때, 반도체 기판의 식각 깊이는 비트라인 불순물 영역의 깊이 이상이 되어야 한다. 즉, 매립 비트라인 간의 단락을 방지하기 위해서는 반도체 기판을 상당히 깊게 식각해야 한다. First, a vertical pillar is formed by etching a semiconductor substrate using a photolithography process using a mask defining an active region. Next, a surround gate surrounding the vertical pillars is formed, and impurities are implanted into the semiconductor substrate between the surround gates to form bit line impurity regions. Next, the semiconductor substrate between the surround gates is etched to form a separated buried bitline (BBL). At this time, the etching depth of the semiconductor substrate should be greater than or equal to the depth of the bit line impurity region. In other words, the semiconductor substrate must be etched very deeply to prevent short circuit between buried bit lines.

이때, 써라운드 게이트가 형성된 후 불순물 이온 주입 공정에 의해 접합 영역과 게이트의 중첩마진이 줄어들어 저항(Rs)이 증가되거나, 분리된 매립 비트라인을 형성하기 위하여 반도체 기판을 과도하게 식각하는 경우 매립 비트라인의 절대적 부피를 감소시켜 매립 비트라인의 저항이 증가되는 문제점이 있다. 또한, 매립 비트라인 형성 시 실리콘 기판에 직접 고농도의 이온주입 공정을 수행하게 되면 불 순물의 확산으로 인해 바디 플로팅 현상이 유발되어 트랜지스터의 성능이 저하되고, 이를 방지하기 위해 이온주입 공정시 도핑 농도를 감소시키면 매립 비트라인의 저항이 증가되는 문제점이 있다. 그리고, 점차 고집적화됨에 따라 필라와 필라 사이의 간격이 좁아지기 때문에 써라운드 게이트 패터닝시에 미스얼라인이 유발되어 인접한 셀들과 쇼트가 발생할 가능성이 높아진다.In this case, after the surround gate is formed, the overlap margin between the junction region and the gate is reduced by an impurity ion implantation process, thereby increasing the resistance (Rs) or when the semiconductor substrate is excessively etched to form a separate buried bit line. There is a problem that the resistance of the buried bit line is increased by reducing the absolute volume of the line. In addition, if a high concentration of ion implantation is performed directly on the silicon substrate when the buried bitline is formed, the body floating phenomenon is caused by the diffusion of impurities, and the performance of the transistor is deteriorated. Reducing it increases the resistance of the buried bit line. In addition, as the integration becomes gradually higher, the gap between the pillars and the pillars becomes narrower, causing misalignment during surround gate patterning, thereby increasing the possibility of shorting of adjacent cells.

본 발명은 수직형 트랜지스터의 형성 방법에 있어서, 반도체 소자의 고집적화로 필라와 필라 간격이 좁아짐에 따라 매립 비트라인의 마진이 줄어들고, 게이트 및 워드라인의 패터닝시 미스 얼라인이 발생되어 인접한 셀과의 쇼트가 발생하여 불량을 유발함으로써 반도체 수율을 저하시키는 문제를 해결하고자 한다.According to the present invention, in the vertical transistor formation method, as the gap between pillars and pillars is narrowed due to high integration of semiconductor devices, the margin of buried bitlines is reduced, and misalignment occurs when patterning gates and word lines, and thus adjacent cells are formed. It is intended to solve the problem of lowering the semiconductor yield by generating a short and causing a defect.

본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은 반도체 기판 상의 수직형 필라 측벽에 제 1 스페이서를 형성하는 단계와 상기 수직형 필라 사이의 상기 반도체 기판 상에 이온주입영역을 형성하는 단계와 상기 이온주입영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와 상기 트렌치에 실리사이드층을 형성하는 단계와 상기 실리사이드층 및 상기 이온주입영역이 분리되도록 상기 반도체 기판을 식각하여 매립비트라인을 형성하는 단계 및 상기 수직형 필라의 측벽에 게이트 절연막 및 게이트 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method of forming a semiconductor device of the present invention, forming a first spacer on a vertical pillar sidewall on a semiconductor substrate, forming an ion implantation region on the semiconductor substrate between the vertical pillars, and etching the ion implantation region. Forming a trench, forming a silicide layer in the trench, etching the semiconductor substrate to separate the silicide layer and the ion implantation region, and forming a buried bit line; and forming a gate on the sidewall of the vertical pillar. Forming an insulating film and a gate conductive layer.

이때. 상기 수직형 필라 측벽에 제 1 스페이서를 형성하는 단계는 상기 반도체 기판 상부에 패드산화막 및 하드마스크층을 형성하는 단계와 상기 하드마스크층 상부에 활성영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계와 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크층, 상기 패드산화막 및 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 수직형 필라를 형성하는 단계와 상기 반도체 기판을 산화시켜 상기 수직형 필라의 측벽 및 상기 반도체 기판 상에 버퍼산화막을 형성하는 단계와 전체 표면에 캡핑 절연막을 형성하는 단계 및 상기 이온주입영역이 노출되도록 상기 캡핑절연막에 대해 전면식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time. The forming of the first spacer on the sidewalls of the vertical pillars may include forming a pad oxide layer and a hard mask layer on the semiconductor substrate, forming a photoresist pattern defining an active region on the hard mask layer, and forming the photoresist layer. Forming a vertical pillar by etching the hard mask layer, the pad oxide layer, and the semiconductor substrate using an pattern as an etch mask, and oxidizing the semiconductor substrate to form a buffer oxide layer on sidewalls of the vertical pillar and the semiconductor substrate. And forming a capping insulating film on the entire surface and etching the entire surface of the capping insulating film to expose the ion implantation region.

이때, 상기 캡핑 절연막은 질화막인 것을 특징으로 한다.In this case, the capping insulating film is characterized in that the nitride film.

그리고, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 상기 제 1 스페이서를 식각마스크로 상기 이온주입영역을 형성하여 제 1 트렌치를 형성하는 단계와 상기 제 1 트렌치의 측벽에 제 2 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 제 2 스페이서를 식각마스크로 상기 제 1 트렌치를 식각하여 제 2 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the trench may include forming the ion implantation region using the first spacer as an etch mask to form a first trench, forming a second spacer on sidewalls of the first trench, and forming the second trench. And etching the first trench using an spacer as an etch mask to form a second trench.

그리고, 상기 제 2 스페이서를 형성하는 단계는 상기 제 1 스페이서 상에 제 2 스페이서 절연막을 형성하는 단계 및 상기 이온주입영역이 노출되도록 상기 제 2 스페이서 절연막에 대하여 전면식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the second spacer may include forming a second spacer insulating film on the first spacer and etching the entire surface of the second spacer insulating film to expose the ion implantation region. do.

이때, 상기 제 2 스페이서 절연막은 라이너 질화막인 것을 특징으로 한다.At this time, the second spacer insulating film is characterized in that the liner nitride film.

그리고, 상기 제 2 트렌치는 상기 이온주입영역 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.The second trench may be formed in the ion implantation region.

이때. 상기 실리사이드층을 형성하는 단계는 상기 트렌치 상부에 금속층을 형성하는 단계 및 상기 금속층에 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time. The forming of the silicide layer may include forming a metal layer on the trench and performing heat treatment on the metal layer.

그리고, 상기 금속층은 티타늄 또는 코발트인 것을 특징으로 한다.And, the metal layer is characterized in that the titanium or cobalt.

또한, 상기 매립비트라인을 형성하는 단계는 상기 제 2 트렌치를 포함하는 전체 상부에 희생절연막을 형성하는 단계와 상기 희생절연막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 반도체 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the buried bit line may include forming a sacrificial insulating layer on the entire upper portion including the second trench, forming a photoresist pattern on the sacrificial insulating layer, and using the photoresist pattern as an etch mask. It characterized in that it comprises a step of etching.

그리고, 상기 매립 비트라인을 형성하는 단계 이후, 상기 매립비트라인을 절연하는 층간절연막을 형성하는 단계 및 상기 층간절연막 및 상기 제 1 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.After the forming of the buried bit line, the method may further include forming an interlayer insulating film that insulates the buried bit line and removing the interlayer insulating film and the first spacer.

이때, 상기 층간절연막을 형성하는 단계는 상기 매립 비트라인이 매립되도록 절연막을 형성하는 단계 및 상기 실리사이드층이 형성된 상기 제 2 트렌치가 노출되지 않도록 상기 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the interlayer insulating film may include forming an insulating film so that the buried bit line is buried and etching the insulating film so that the second trench in which the silicide layer is formed is not exposed.

그리고, 상기 제 1 스페이서를 제거하는 단계는 자기정렬방식으로 제거하는 것을 특징으로 한다.The removing of the first spacer may be performed by using a self-aligning method.

또한, 상기 게이트 도전층을 형성하는 단계는 써라운드 게이트를 형성하는 단계 및 상기 써라운드 게이트를 연결하는 다마신 워드라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the gate conductive layer may include forming a surround gate and forming a damascene word line connecting the surround gate.

이때, 상기 게이트 도전층은 티타늄 질화(TiN)막, 탄탈륨 질화(TaN)막과 티타늄 질화(TiN)막의 적층구조 및 티타늄 질화(TiN)막과 텅스텐(W)막의 적층구조로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In this case, the gate conductive layer is any one selected from the group consisting of a laminated structure of a titanium nitride (TiN) film, a tantalum nitride (TaN) film and a titanium nitride (TiN) film, and a stacked structure of a titanium nitride (TiN) film and a tungsten (W) film. It is characterized by one.

본 발명은 수직형 트랜지스터의 형성 방법에 있어서, 게이트와의 오프셋을 준 후 매립 비트라인에 실리사이드층을 형성함으로써 매립 비트라인과 게이트가 쇼트되지 않도록 할 수 있으며, 필라 주위에 층간 절연막과 선택비가 다른 물질을 증 착한 후 다마신 워드라인 형성공정에서 제거함으로써 자기정렬방식으로 게이트 절연막 및 게이트 도전층을 증착할 공간을 확보함으로써 공정마진을 확보하는 효과를 제공한다.In the method of forming a vertical transistor, the buried bit line and the gate can be prevented from shorting by forming a silicide layer in the buried bit line after offset with the gate. By depositing the material and removing it in the damascene word line forming process, the process margin is secured by securing a space for depositing the gate insulating film and the gate conductive layer in a self-aligned manner.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1a 내지 도 1m은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도이다.1A to 1M are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(100) 패드산화막(102), 제 1 하드마스크층(104) 및 제 2 하드마스크층(106)을 형성한다. 이때, 제 1 하드마스크층(104)은 질화막이고, 제 2 하드마스크층(106)은 산화막인 것이 바람직하다. 여기서 제 2 하드마스크층(106) 상부에는 하드마스크층이 더 형성될 수 있으며, 후속 공정에서 필라를 형성하면서 제 2 하드마스크층(106) 상부에 형성된 하드마스크층은 제거될 수 있다.As illustrated in FIG. 1A, a pad oxide film 102, a first hard mask layer 104, and a second hard mask layer 106 are formed. At this time, it is preferable that the first hard mask layer 104 is a nitride film and the second hard mask layer 106 is an oxide film. Here, a hard mask layer may be further formed on the second hard mask layer 106, and the hard mask layer formed on the second hard mask layer 106 may be removed while forming pillars in a subsequent process.

그 다음 도 1b에 도시된 바와 같이 활성영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성하고 감광막 패턴을 식각마스크로 제 2 하드마스크층(106), 제 1 하드마스크층(104), 패드산화막(102) 및 반도체 기판(100)을 식각하여 제 2 하드마스크층 패턴(106a), 제 1 하드마스크층 패턴(104a), 패드산화막 패턴(102a) 및 필라(108)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1B, a photoresist pattern (not shown) defining an active region is formed, and the second hard mask layer 106, the first hard mask layer 104, and the pad oxide layer are formed using the photoresist pattern as an etch mask. 102 and the semiconductor substrate 100 are etched to form a second hard mask layer pattern 106a, a first hard mask layer pattern 104a, a pad oxide film pattern 102a, and a pillar 108.

그 다음 도 1c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판을 산화시켜 필라(108) 및 반도체 기판(100)의 상부에 버퍼 산화막(110)을 형성한 후, 전체 상부에 캡핑 질화막(114)을 증착하고 반도체 기판(100)에 불순물을 주입하여 매립 비트라인을 형성하기 위한 이온주입영역(112)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, after the semiconductor substrate is oxidized to form the buffer oxide layer 110 on the pillars 108 and the semiconductor substrate 100, the capping nitride layer 114 is deposited on the entire upper portion of the semiconductor substrate. An ion implantation region 112 for forming a buried bit line is formed by implanting impurities into the substrate 100.

그 다음 도 1d에 도시된 바와 같이, 캡핑 질화막(114)에 대하여 1차 전면식각을 수행하여 제 1 스페이서(115)를 형성한다. 이 과정에서 제 2 하드마스크층 패턴(106a) 상부의 캡핑 질화막(114) 및 이온주입영역(112) 상부의 버퍼산화막(110), 캡핑 질화막(114)이 식각된다. 이어서, 노출된 이온주입영역(112)에 제 1 스페이서(115)를 마스크로 1차 서브식각(sub etch)을 수행하여 이온주입영역(112)에 트렌치를 형성한다. 이는 후속 공정에서 금속층을 형성하여 트렌치와 접속되는 이온주입영역(112)에 실리사이드층을 형성하기 위한 영역의 일부가 된다.Next, as illustrated in FIG. 1D, first cap etching is performed on the capping nitride layer 114 to form the first spacer 115. In this process, the capping nitride layer 114 on the second hard mask layer pattern 106a, the buffer oxide layer 110 and the capping nitride layer 114 on the ion implantation region 112 are etched. Subsequently, a first sub-etch is performed on the exposed ion implantation region 112 using the first spacer 115 as a mask to form a trench in the ion implantation region 112. This becomes part of the region for forming the silicide layer in the ion implantation region 112 connected to the trench by forming a metal layer in a subsequent process.

그 다음 도 1e에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 라이너 질화막을 형성한 후, 라이너 질화막에 대하여 전면식각을 수행하여 제 2 스페이서(116)를 형성한다. 따라서, 제 2 스페이서(116)는 캡핑 질화막(114) 및 1차 서브식각에 의해 식각된 이온주입영역(112)의 측벽에 남게된다. 이어서, 노출된 이온주입영역(112)에 제 2 스페이서(116)를 마스크로 2차 서브식각을 수행하여 이온주입영역(112)을 더 식각한다. 여기서 2차 서브식각에 의해 이온주입영역(112)이 더 식각되도록 함으로써 후속 공정으로 형성되는 다마신 워드라인과의 브릿지를 방지하는 오프셋(A)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 1E, after forming the liner nitride film over the entire surface, the second spacer 116 is formed by performing full surface etching on the liner nitride film. Accordingly, the second spacer 116 remains on the sidewalls of the capping nitride layer 114 and the ion implantation region 112 etched by the primary subetch. Subsequently, secondary ion etching is performed on the exposed ion implantation region 112 using the second spacer 116 as a mask to further etch the ion implantation region 112. Here, an offset A is formed to prevent the bridge with the damascene word line formed in a subsequent process by allowing the ion implantation region 112 to be further etched by the secondary subetch.

그 다음 도 1f에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 금속층(118)을 형성한 후 열처리를 통하여 금속층(118)과 이온주입영역(112)이 접하는 영역의 이온주입영역(112)에 실리사이드층(120)을 형성한다. 이때, 금속층(118)은 티타늄(Ti) 또는 코발트(Co)인 것이 바람직하다.1F, the silicide layer 120 is formed in the ion implantation region 112 in the region where the metal layer 118 and the ion implantation region 112 are in contact with each other after the metal layer 118 is formed over the entire surface. ). In this case, the metal layer 118 is preferably titanium (Ti) or cobalt (Co).

그 다음 도 1g에 도시된 바와 같이, 금속층(118) 및 제 2 스페이서(116)를 제거한다. 따라서, 이온주입영역(112)의 측벽 및 이온주입영역(112)에 형성된 실리사이드층(120)이 노출된다. 여기서, 노출된 이온주입영역(112)의 측벽은 다마신 워드라인과의 브릿지를 방지할 수 있는 오프셋이 된다.Next, as shown in FIG. 1G, the metal layer 118 and the second spacer 116 are removed. Therefore, the silicide layer 120 formed on the sidewall of the ion implantation region 112 and the ion implantation region 112 is exposed. Here, the exposed sidewall of the ion implantation region 112 is an offset to prevent the bridge with the damascene word line.

그 다음 도 1h에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 희생절연막(122)을 형성한다. 이어서, 도시되지는 않았지만 평탄화식각공정을 수행하여 희생절연막(122)을 평탄화시킨 후, 평탄화된 희생절연막(122) 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후 노광 및 현상공정을 수행하여 매립 비트라인을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1H, a sacrificial insulating film 122 is formed over the entire surface. Subsequently, although not shown, the planarization etching process 122 is performed to planarize the sacrificial insulating layer 122, and then a photoresist film (not shown) is applied on the planarization sacrificial insulation layer 122, followed by an exposure and development process to fill the buried bitline. To form a photoresist pattern (not shown) defining.

그 다음 도 1i에 도시된 바와 같이, 상술한 감광막 패턴(미도시)을 식각마스크로 이온주입영역(112), 실리사이드층(120) 및 반도체 기판(100)을 식각하여 실리사이드층(120) 및 이온주입영역(112)이 분리되도록 함으로써 매립 비트라인(112a)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1I, the ion implantation region 112, the silicide layer 120, and the semiconductor substrate 100 are etched using the aforementioned photoresist pattern (not shown) as an etch mask. The buried bit line 112a is formed by separating the injection region 112.

그 다음 도 1j에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 층간절연막(124)를 형성한 후, 제 2 하드마스크층 패턴(104a)의 높이와 동일해지도록 층간절연막(124)을 평탄화시킨다.Next, as shown in FIG. 1J, after forming the interlayer insulating film 124 over the entire surface, the interlayer insulating film 124 is planarized to be equal to the height of the second hard mask layer pattern 104a.

그 다음 도 1k에 도시된 바와 같이, 층간절연막(124)을 제거하여 다마신 워드라인이 형성될 영역을 정의한다. 이때, 층간절연막(124)은 매립 비트라인(112a)이 드러나지 않도록 식각되는 것이 바람직하다. 이어서, 자기정렬방식으로 제 1 스페이서(115)를 제거하고, 버퍼 산화막(110)을 제거한다. 이때, 캡핑 질화막(114) 및 버퍼 산화막(110)을 제거하여 확보되는 영역은 후속 공정에서 형성될 게이트 절연막 및 게이트 도전층이 형성될 영역이 된다.Next, as shown in FIG. 1K, the interlayer insulating layer 124 is removed to define a region where the damascene word line is to be formed. In this case, the interlayer insulating layer 124 may be etched so that the buried bit line 112a is not exposed. Subsequently, the first spacer 115 is removed by the self-alignment method, and the buffer oxide film 110 is removed. In this case, the region secured by removing the capping nitride layer 114 and the buffer oxide layer 110 may be a region where the gate insulating layer and the gate conductive layer to be formed in a subsequent process are formed.

그 다음 도 1l에 도시된 바와 같이, 전체 표면에 게이트 절연물질을 형성한 후, 전면식각을 통하여 매립 비트라인(112a)을 포함하는 필라(108) 및 패드 산화막 패턴(102a)의 측벽에 게이트 절연막(126)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1L, after the gate insulating material is formed on the entire surface, the gate insulating layer is formed on the sidewalls of the pillar 108 including the buried bit line 112a and the pad oxide layer pattern 102a through front etching. 126 is formed.

그 다음 도 1m에 도시된 바와 같이, 전체 상부에 게이트 도전층으로 게이트 전극(128) 및 다마신 워드라인(130)을 형성한다. 이때, 게이트 도전층은 티타늄 질화(TiN)막, 탄탈륨 질화(TaN)막과 티타늄 질화(TiN)막의 적층구조 및 티타늄 질화(TiN)막과 텅스텐(W)막의 적층구조로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 이어서, 게이트 전극 및 다마신 워드라인을 에치백한 후, 게이트 도전층 및 다마신 워드라인이 상위 레이어들과의 절연되도록 절연막(132)을 증착한다. Next, as shown in FIG. 1M, the gate electrode 128 and the damascene word line 130 are formed as the gate conductive layer over the entire surface. At this time, the gate conductive layer is any one selected from the group consisting of a laminated structure of a titanium nitride (TiN) film, a tantalum nitride (TaN) film and a titanium nitride (TiN) film, and a stacked structure of a titanium nitride (TiN) film and a tungsten (W) film. Is preferably. Next, after the gate electrode and the damascene word line are etched back, an insulating layer 132 is deposited to insulate the gate conductive layer and the damascene word line from the upper layers.

상술한 바와 같이 매립 비트라인을 형성한 후 게이트를 형성하되, 게이트 및 이를 연결하는 다마신 워드라인 영역을 정의하도록 층간절연막을 식각한 후, 측벽에 형성된 캡핑산화막 및 버퍼산화막을 제거함으로써 자기정렬방식으로 게이트 및 다마신 워드라인을 형성함으로써 공정마진을 확보할 수 있다.After forming the buried bit line as described above, the gate is formed, and the interlayer insulating layer is etched to define the gate and the damascene word line region connecting the gate, and then the capping oxide layer and the buffer oxide layer formed on the sidewall are removed. By forming gate and damascene word lines, a process margin can be secured.

도 1a 내지 도 1m은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도.1A to 1M are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

Claims (15)

수직형 필라 사이의 반도체 기판에 이온주입영역을 형성하는 단계;Forming an ion implantation region in the semiconductor substrate between the vertical pillars; 상기 수직형 필라 측벽에 제 1 스페이서를 형성하는 단계;Forming a first spacer on sidewalls of the vertical pillars; 상기 이온주입영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;Etching the ion implantation region to form a trench; 상기 트렌치에 실리사이드층을 형성하는 단계;Forming a silicide layer in the trench; 상기 실리사이드층 및 상기 이온주입영역이 분리되도록 상기 반도체 기판을 식각하여 매립비트라인을 형성하는 단계; 및Forming a buried bit line by etching the semiconductor substrate to separate the silicide layer and the ion implantation region; And 상기 수직형 필라의 측벽에 게이트 절연막 및 게이트 도전층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.Forming a gate insulating film and a gate conductive layer on sidewalls of the vertical pillars. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 2 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수직형 필라 측벽에 제 1 스페이서를 형성하는 단계는Forming a first spacer on the vertical pillar sidewall 상기 반도체 기판 상부에 패드산화막 및 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a pad oxide layer and a hard mask layer on the semiconductor substrate; 상기 하드마스크층 상부에 활성영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern defining an active region on the hard mask layer; 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크층, 상기 패드산화막 및 상기 반도체 기판을 식각하여 상기 수직형 필라를 형성하는 단계;Etching the hard mask layer, the pad oxide layer, and the semiconductor substrate using the photoresist pattern as an etch mask to form the vertical pillars; 상기 반도체 기판을 산화시켜 상기 수직형 필라의 측벽 및 상기 반도체 기판 상에 버퍼산화막을 형성하는 단계;Oxidizing the semiconductor substrate to form a buffer oxide film on the sidewalls of the vertical pillars and the semiconductor substrate; 전체 표면에 캡핑 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a capping insulating film on the entire surface; And 상기 이온주입영역이 노출되도록 상기 캡핑절연막에 대해 전면식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And etching the entire surface of the capping insulation layer so that the ion implantation region is exposed. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 3 was abandoned when the setup registration fee was paid. 제 2항에 있어서, 3. The method of claim 2, 상기 캡핑 절연막은 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And the capping insulating film is a nitride film. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 4 was abandoned when the registration fee was paid. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치를 형성하는 단계는Forming the trench 상기 제 1 스페이서를 식각마스크로 상기 이온주입영역을 식각하여 제 1 트렌치를 형성하는 단계;Etching the ion implantation region by using the first spacer as an etch mask to form a first trench; 상기 제 1 트렌치의 측벽에 제 2 스페이서를 형성하는 단계; 및Forming a second spacer on a sidewall of the first trench; And 상기 제 2 스페이서를 식각마스크로 상기 제 1 트렌치를 식각하여 제 2 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.Forming a second trench by etching the first trench using an etching mask of the second spacer. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 스페이서를 형성하는 단계는Forming the second spacer 상기 제 1 스페이서 상에 제 2 스페이서 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a second spacer insulating film on the first spacer; And 상기 이온주입영역이 노출되도록 상기 제 2 스페이서 절연막에 대하여 전면 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And etching the entire surface of the second spacer insulating layer to expose the ion implantation region. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 6 was abandoned when the registration fee was paid. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 2 스페이서 절연막은 라이너 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And the second spacer insulating film is a liner nitride film. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 2 트렌치는 상기 이온주입영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And the second trench is formed in the ion implantation region. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리사이드층을 형성하는 단계는Forming the silicide layer 상기 트렌치 상부에 금속층을 형성하는 단계; 및 Forming a metal layer on the trench; And 상기 금속층에 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And heat-treating the metal layer. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 9 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속층은 티타늄 또는 코발트인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The metal layer is a method of forming a semiconductor device, characterized in that the titanium or cobalt. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 10 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 상기 매립비트라인을 형성하는 단계는Forming the buried bit line 상기 제 2 트렌치를 포함하는 전체 상부에 희생절연막을 형성하는 단계;Forming a sacrificial insulating film over the entirety of the second trench; 상기 희생절연막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a photoresist pattern on the sacrificial insulating layer; And 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 반도체 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And etching the semiconductor substrate with the photoresist pattern as an etch mask. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 11 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 매립 비트라인을 형성하는 단계 이후,After forming the buried bit line, 상기 매립비트라인을 절연하는 층간절연막을 형성하는 단계; 및Forming an interlayer insulating film insulating the buried bit line; And 상기 층간절연막 및 상기 제 1 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And removing the interlayer insulating film and the first spacer. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 12 was abandoned upon payment of a registration fee. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 층간절연막을 형성하는 단계는Forming the interlayer insulating film 상기 매립 비트라인이 매립되도록 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an insulating film to fill the buried bit line; And 상기 실리사이드층이 형성된 상기 제 2 트렌치가 노출되지 않도록 상기 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And etching the insulating film so that the second trench in which the silicide layer is formed is not exposed. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 13 was abandoned upon payment of a registration fee. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 자기정렬방식으로 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.A method of forming a semiconductor device, characterized in that it is removed by a self-alignment method. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 14 was abandoned when the registration fee was paid. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 도전층을 형성하는 단계는Forming the gate conductive layer 써라운드 게이트를 형성하는 단계; 및 Forming a surround gate; And 상기 써라운드 게이트를 연결하는 다마신 워드라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a damascene word line connecting the surround gates. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 15 was abandoned upon payment of a registration fee. 제 14항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 게이트 도전층은 티타늄 질화(TiN)막, 탄탈륨 질화(TaN)막과 티타늄 질화(TiN)막의 적층구조 및 티타늄 질화(TiN)막과 텅스텐(W)막의 적층구조로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The gate conductive layer is any one selected from the group consisting of a laminated structure of a titanium nitride (TiN) film, a tantalum nitride (TaN) film, a titanium nitride (TiN) film, and a stacked structure of a titanium nitride (TiN) film and a tungsten (W) film. A method of forming a semiconductor device, characterized in that.
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