KR20090112925A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 수직형 트랜지스터를 포함하는 메모리 셀의 워드라인 형성방법에 관한 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 forming a word line of a memory cell including a vertical transistor.
최근 디램(DRAM)과 같은 반도체 소자의 경우, 제한된 영역에 더 많은 트랜지스터를 형성하여 그 집적도를 높이는 기술이 요구되고 있다. 이를 위하여, 작은 면적에 메모리 셀 소자를 넣는 것이 가능한 수직형 트랜지스터 기술이 제안되었다. 메모리 소자의 경우, 수직형 트랜지스터는 수직형 채널을 둘러싸는 써라운드 게이트(Surrounding gate) 구조를 제공한다.Recently, in the case of semiconductor devices such as DRAMs, a technique for increasing the degree of integration by forming more transistors in a limited area is required. For this purpose, a vertical transistor technology capable of putting a memory cell element in a small area has been proposed. In the case of a memory device, the vertical transistor provides a surrounding gate structure surrounding the vertical channel.
이러한 써라운드 게이트 구조는 4F2에 형성하기 위해 채널 영역을 선택적으로 등방성 식각하여 채널 영역을 소스/드레인 영역에 비해 상대적으로 가늘게 만든다. 써라운드 게이트 구조는 채널 영역의 전면이 게이트 전극으로 둘러싸여 게이트의 제어력을 극대할 수 있다. 또한, 써라운드 게이트 구조는 단채널 효과뿐만 아니라 전류가 흐르는 면적이 넓어 우수한 동작 전류 특성을 제공한다. This surround gate structure selectively isotropically etches the channel region to form at 4F2, making the channel region relatively thinner than the source / drain regions. In the surround gate structure, the front surface of the channel region may be surrounded by the gate electrode to maximize the control power of the gate. In addition, the surround gate structure provides excellent operating current characteristics due to the large current flow area as well as the short channel effect.
본 발명은 다음과 같은 목적을 갖는다.The present invention has the following object.
첫째, 식각 정지막을 이용하여 워드라인 형성 공정을 위한 층간절연막 식각 공정시 수반되는 과도 식각에 의해 워드라인과 매립 비트라인이 전기적으로 쇼트되는 현상을 방지하여 소자 불량을 방지할 수 있는데 그 목적이 있다.First, it is possible to prevent device defects by preventing the short circuit of the word line and the buried bit line electrically by the excessive etching that is involved in the interlayer insulating film etching process for the word line forming process by using the etch stop layer. .
둘째, 선택적 산화 공정을 이용하여 워드라인 형성 공정을 위한 층간절연막 식각 공정시 수반되는 과도 식각에 의해 손실된 층간절연막을 보상할 수 있는데 그 목적이 있다. Second, the selective oxidation process may be used to compensate for the interlayer insulating film lost by the excessive etching that is involved in the interlayer insulating film etching process for the word line forming process.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판 상부에 수직형 필러를 형성하는 단계; 상기 수직형 필러 측벽에 게이트 전극층 패턴을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극층 패턴 하부의 상기 반도체 기판 내에 매립 비트라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극층 패턴 사이를 일부 매립하는 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극층 패턴 및 상기 제 1 절연막 표면에 식각 정지막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 전극층 패턴을 식각하여 써라운드 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming a vertical filler on the semiconductor substrate; Forming a gate electrode layer pattern on sidewalls of the vertical pillars; Forming a buried bit line in the semiconductor substrate under the gate electrode layer pattern; Forming a first insulating film partially filling the gate electrode layer patterns; Forming an etch stop layer pattern on the gate electrode layer pattern and the surface of the first insulating layer; And forming a surround gate by etching the gate electrode layer pattern.
여기서, 상기 수직형 필러 형성 단계 이후에 상기 수직형 필러 및 상기 반도체 기판 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것과, 상기 게이트 전극층 패턴 형성 단계는 상기 게이트 절연막 상부에 게이트 전극층을 형성하는 단 계; 및 상기 게이트 절연막이 노출될 때까지 상기 게이트 전극층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include forming a gate insulating layer on a surface of the vertical pillar and the semiconductor substrate after the vertical pillar forming step. The forming of the gate electrode layer pattern may include forming a gate electrode layer on the gate insulating layer. system; And etching the gate electrode layer until the gate insulating layer is exposed.
그리고, 상기 매립 비트라인 형성 단계는 상기 게이트 전극층 패턴 사이의 상기 반도체 기판 내에 비트라인 불순물 영역을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극층 패턴 표면에 제 1 질화막을 형성하는 단계; 및 비트라인을 정의하는 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 상기 제 1 질화막 및 상기 반도체 기판을 식각하는 단계를 포함하는 것과, 상기 식각 정지막 패턴은 상기 제 1 질화막과 동일한 두께로 형성하는 것과, 상기 제 1 절연막은 상기 게이트 전극층 패턴의 저부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.The buried bit line forming step may include forming a bit line impurity region in the semiconductor substrate between the gate electrode layer patterns; Forming a first nitride film on a surface of the gate electrode layer pattern; And etching the first nitride film and the semiconductor substrate by a photolithography process using a mask defining a bit line, wherein the etch stop layer pattern is formed to have the same thickness as that of the first nitride film. The insulating film may be formed higher than the bottom of the gate electrode layer pattern.
그리고, 상기 제 1 절연막 형성 단계 이후에 선택적 산화 공정을 이용하여 상기 제 1 절연막 표면에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것과, 상기 식각 정지막 패턴은 저압 질화막, 플라즈마 질화막 및 이들의 조합 중 선택된 하나로 형성하는 것과, 상기 식각 정지막 패턴 형성 단계는 상기 게이트 전극층 패턴 및 상기 제 1 절연막 상부에 식각 정지막을 형성하는 단계; 상기 식각 정지막 상부에 상기 게이트 전극층 패턴 사이를 일부 매립하는 제 2 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 절연막에 의해 노출된 상기 식각 정지막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming an oxide film on the surface of the first insulating film using a selective oxidation process after the first insulating film forming step, wherein the etch stop layer pattern is selected from among a low pressure nitride film, a plasma nitride film, and a combination thereof. The etching stop layer pattern forming step may include forming an etch stop layer on the gate electrode layer pattern and the first insulating layer; Forming a second insulating layer on the etch stop layer to partially fill the gate electrode layer pattern; And etching the etch stop layer exposed by the second insulating layer.
그리고, 상기 제 2 절연막은 상기 수직형 필러의 상측보다 낮게 형성되는 것과, 상기 식각 정지막 식각 공정은 습식 식각 방법으로 수행하는 것과, 상기 써라운드 게이트 형성 단계 이후에 상기 써라운드 게이트 상측의 상기 수직형 필러 측 벽에 제 2 질화막을 형성하는 단계; 상기 제 2 질화막 및 상기 제 2 절연막 상부에 제 3 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연막 및 상기 제 2 절연막을 식각하여 상기 제 2 질화막 및 상기 식각 정지막 패턴을 노출시키는 단계; 상기 노출된 제 2 질화막 및 상기 식각 정지막 패턴을 제거하는 단계; 상기 써라운드 게이트 및 상기 제 1 절연막 상부에 도전막을 형성하는 단계; 및 상기 써라운드 게이트가 노출될 때까지 상기 도전막을 식각하여 워드라인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The second insulating layer is formed to be lower than the upper side of the vertical pillar, the etching stop layer etching process is performed by a wet etching method, and after the surround gate forming step, the vertical portion above the surround gate. Forming a second nitride film on the type pillar side wall; Forming a third insulating film on the second nitride film and the second insulating film; Etching the third insulating film and the second insulating film to expose the second nitride film and the etch stop layer pattern; Removing the exposed second nitride layer and the etch stop layer pattern; Forming a conductive film on the surround gate and the first insulating film; And forming a word line by etching the conductive layer until the surround gate is exposed.
본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.The present invention provides the following effects.
첫째, 식각 정지막을 이용하여 워드라인 형성 공정을 위한 층간절연막 식각 공정시 수반되는 과도 식각에 의해 워드라인과 매립 비트라인이 전기적으로 쇼트되는 현상을 방지하여 소자 불량을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.First, by preventing the short circuit of the word line and the buried bit line electrically by the excessive etching involved in the interlayer insulating film etching process for the word line forming process using the etch stop film to prevent device defects. .
둘째, 선택적 산화 공정을 이용하여 워드라인 형성 공정을 위한 층간절연막 식각 공정시 수반되는 과도 식각에 의해 손실된 층간절연막을 보상할 수 있는 효과를 제공한다.Second, the selective oxidation process provides an effect of compensating for the interlayer insulating film lost by the excessive etching that is involved in the interlayer insulating film etching process for the word line forming process.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1a 내지 도 1g는 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 활성영역을 정의하는 하드마스 크층 패턴(102)을 형성한다. 그 다음, 하드마스크층 패턴(102)을 식각 마스크로 반도체 기판(100)을 식각하여 수직형 필러(104)를 형성한다.Referring to FIG. 1A, a hard
그 다음, 하드마스크층 패턴(102) 및 수직형 필러(104) 상부에 게이트 절연막(106) 및 게이트 전극층(미도시)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(106)은 산화막으로 형성한다. 그 다음, 게이트 절연막(106)이 노출될 때까지 게이트 전극층을 전면 식각하여 수직형 필러(104) 측벽에 게이트 전극층 패턴(108)를 형성한다. 그 다음, 게이트 전극층 패턴(108) 사이의 반도체 기판(100)에 불순물을 주입하여 비트라인 불순물 영역(110)을 형성한다.Next, a
도 1b를 참조하면, 게이트 절연막(106), 게이트 전극층 패턴(108) 및 반도체 기판(100) 표면에 제 1 질화막(112)을 형성한다. 그 다음, 제 1 질화막(112) 상부에 제 1 산화막(미도시)을 형성하고, 제 1 산화막 상부에 비트라인을 정의하는 감광막 패턴(114)을 형성한다. 그 다음, 감광막 패턴(114)을 식각 마스크로 제 1 산화막, 제 1 질화막(112) 및 반도체 기판(100)을 식각하여 분리된 매립 비트라인(110a)을 형성한다. 그 다음, 감광막 패턴(114)을 제거한다.Referring to FIG. 1B, a
도 1c를 참조하면, 제 1 질화막(112) 및 반도체 기판(100) 상부에 제 2 산화막(116)을 형성한다. 그 다음, 제 2 산화막(116)이 수직형 필러(104) 상측보다 낮게 남겨지도록 제 2 산화막(116)을 선택 식각한다. 여기서, 제 2 산화막(116)의 식각 깊이는 후속 공정에서 형성될 써라운드 게이트(108a)의 크기에 따라 조절한다. 그 다음, 노출된 제 1 질화막(112) 및 게이트 전극층 패턴(108)을 식각하여 제 1 질화막 패턴(112a) 및 써라운드 게이트(108a)를 형성한다. 이때, 수직형 필러(104) 상측은 소스/드레인 영역으로 정의되며, 써라운드 게이트(108a)와 접하는 수직형 필러(104) 하측은 채널 영역으로 정의된다. Referring to FIG. 1C, a
도 1d를 참조하면, 게이트 절연막(106) 및 제 2 산화막(116) 상부에 제 2 질화막(미도시)을 형성한다. 그 다음, 게이트 절연막(106)이 노출될 때까지 제 2 질화막을 전면 식각하여 수직형 필러(104) 측벽에 제 2 질화막 패턴(118)을 형성한다. 그 다음, 제 2 질화막 패턴(118) 및 제 2 산화막(116) 상부에 제 2 질화막 패턴(118) 사이를 매립하는 제 3 산화막(120)을 형성한다. Referring to FIG. 1D, a second nitride film (not shown) is formed on the
도 1e를 참조하면, 제 2 산화막(116)이 써라운드 게이트(108a) 저부보다 높게 남겨지도록 제 3 산화막(120) 및 제 2 산화막(116)을 선택 식각한다. 이때, 제 3 산화막(120) 및 제 2 산화막(116)의 식각 깊이는 후속 공정에서 형성될 워드라인의 크기에 따라 조절한다. 그 다음, 노출된 제 2 질화막 패턴(118) 및 제 1 질화막 패턴(112a)을 제거한다.Referring to FIG. 1E, the
도 1f를 참조하면, 제 2 산화막(116), 제 1 질화막 패턴(112a), 써라운드 게이트(108a) 및 게이트 절연막(106) 상부에 도전막(미도시)을 형성한다. 그 다음, 써라운드 게이트(108a)가 노출될 때까지 도전막을 선택 식각하여 워드라인(122)을 형성한다.Referring to FIG. 1F, a conductive film (not shown) is formed on the
그런데, 상기와 같이 공정을 진행하는 경우 도 1g에 도시된 바와 같이, 워드라인(122)을 형성하기 위한 제 2 산화막(120) 및 제 1 산화막(116) 식각 공정시 수반되는 과도 식각에 의해 게이트 절연막(106) 하부까지 깊게 식각되는 경우 워드라인(122)과 매립 비트라인(110a)이 전기적으로 쇼트되는 현상(A)이 유발될 수 있다.However, when the process is performed as described above, as shown in FIG. 1G, the gate is formed by the transient etching that is involved in the etching process of the
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(200) 상부에 활성영역을 정의하는 하드마스크층 패턴(202)을 형성한다. 그 다음, 하드마스크층 패턴(202)을 식각 마스크로 반도체 기판(200)을 식각하여 수직형 필러(204)를 형성한다.Referring to FIG. 2A, a hard
그 다음, 하드마스크층 패턴(202) 및 수직형 필러(204) 상부에 게이트 절연막(206) 및 게이트 전극층(미도시)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(206)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 그 다음, 게이트 절연막(206)이 노출될 때까지 게이트 전극층을 전면 식각하여 수직형 필러(204) 측벽에 게이트 전극층 패턴(208)를 형성한다. 그 다음, 게이트 전극층 패턴(208) 사이의 반도체 기판(200)에 불순물을 주입하여 비트라인 불순물 영역(미도시)을 형성한다.Next, a
그 다음, 게이트 절연막(206), 게이트 전극층 패턴(208) 및 반도체 기판(200) 표면에 제 1 질화막(210)을 형성한다. 그 다음, 제 1 질화막(210) 상부에 제 1 산화막(미도시)을 형성한다. 그 다음, 비트라인을 정의하는 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 제 1 산화막, 제 1 질화막(210) 및 반도체 기판(200)을 식각하여 분리된 매립 비트라인(212)을 형성한다. Next, a
이어서, 제 1 질화막(210) 및 반도체 기판(200) 상부에 제 2 산화막(214)을 형성하고, 제 1 질화막(210)이 노출될 때까지 제 2 산화막(214)을 평탄화 식각한다. 그 다음, 워드라인을 정의하는 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 제 2 산화막(214)을 식각하여 게이트 전극층 패턴(208) 사이를 일부 매립한다. 여기서, 제 2 산화막(214)의 식각 깊이는 후속 공정에서 형성될 워드라인의 크기에 따라 조절하되, 제 2 산화막(214)이 게이트 전극층 패턴(208)의 저부보다 높게 남겨지도록 식각하는 것이 바람직하다. 그리고, 제 2 산화막(214) 식각 공정은 건식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 그 다음, 노출된 제 1 질화막(210)을 제거한다.Subsequently, a
도 2b를 참조하면, 선택적 산화 공정(selective oxidation)을 진행하여 제 1 질화막(210), 제 2 산화막(214) 및 게이트 절연막(206) 표면에 제 3 산화막(216)을 형성한다. 여기서, 선택적 산화 공정은 산화막 및 질화막만을 선택적으로 산화시켜 제 2 산화막(214) 식각 공정시 수반되는 과도 식각에 의해 발생한 손실을 보상해주기 위해 수행하는 것이 바람직하다. 그 다음, 제 3 산화막(216) 및 게이트 전극층 패턴(208) 표면에 식각 정지막(218)을 형성한다. 여기서, 식각 정지막(218)은 저압 질화막(Low Pressure CVD Nitride), 플라즈마 질화막(Plasma Enhanced CVD Nitride) 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 식각 정지막(218)은 제 1 질화막(210)과 동일한 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2B, a
도 2c를 참조하면, 식각 정지막(218) 상부에 제 4 산화막(220)을 형성하고, 식각 정지막(218)이 노출될 때까지 제 4 산화막(220)을 평탄화 식각한다. 그 다음, 제 4 산화막(220)이 수직형 필러(204) 상측보다 낮게 남겨지도록 제 4 산화막(220)을 식각하여 식각 정지막(218)을 노출시킨다. 여기서, 제 4 산화막(220) 식각 공정은 제 4 산화막(220)과 식각 정지막(218) 간의 식각 선택비 차이를 이용한 자기 정렬 식각(SAC;Self Align Contact) 공정으로 수행하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2C, the
그 다음, 식각 정지막(218) 및 게이트 전극층 패턴(208)을 식각하여 식각 정지막 패턴(218a) 및 써라운드 게이트(208a)를 형성한다. 여기서, 식각 정지막(218) 식각 공정은 습식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 게이트 전극층 패턴(208)이 제거된 수직형 필러(204) 상측은 소스/드레인 영역으로 정의되며, 써라운드 게이트(208a)와 접하는 수직형 필러(204) 하측은 채널 영역으로 정의된다. Next, the
그 다음, 게이트 절연막(206), 식각 정지막 패턴(218a), 제 4 산화막(220) 및 써라운드 게이트(208a) 상부에 제 2 질화막(222)을 형성한다. 이어서, 게이트 절연막(206)이 노출될 때까지 제 2 질화막(222)을 전면 식각한다. 그 다음, 게이트 절연막(206), 제 2 질화막(222), 제 4 산화막(220) 및 식각 정지막 패턴(218a) 상부에 제 5 산화막(224)을 형성한다. 그 다음, 제 2 질화막(222)이 노출될 때까지 제 5 산화막(224)을 평탄화 식각한다. Next, a
도 2d를 참조하면, 제 5 산화막(224) 및 제 4 산화막(220)을 식각하여 제 2 질화막(222) 및 식각 정지막 패턴(218a)을 노출시킨다. 이때, 식각 정지막 패턴(218a)에 의해 제 3 산화막(216) 및 제 2 산화막(214)의 손실을 방지하여 매립 비트라인(212)이 노출되는 현상을 방지할 수 있다. 이로 인해, 후속 공정에서 형성되는 워드라인과 매립 비트라인(212)이 전기적으로 쇼트되는 현상을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 2D, the
도 2e를 참조하면, 노출된 제 2 질화막(222) 및 식각 정지막 패턴(218a)을 제거한다. 그 다음, 제 3 산화막(216), 써라운드 게이트(208a) 및 게이트 절연막(206) 상부에 도전막(미도시)을 형성한다. 그 다음, 써라운드 게이트(208a)가 노 출될 때까지 도전막을 식각하여 워드라인(226)을 형성한다. Referring to FIG. 2E, the exposed
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. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
도 1a 내지 도 1g는 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080038714A KR20090112925A (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Method for manufacturing semiconductor device |
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KR1020080038714A KR20090112925A (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Family
ID=41554071
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101133692B1 (en) * | 2010-07-07 | 2012-04-19 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Method for forming masking layer usig implant and method for manufacturing semiconductor device using the same |
-
2008
- 2008-04-25 KR KR1020080038714A patent/KR20090112925A/en not_active Application Discontinuation
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