KR20100037968A - Semiconductor device with vertical channel transistor and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device with vertical channel transistor and method for manufacturing the same Download PDF

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KR20100037968A KR1020080097338A KR20080097338A KR20100037968A KR 20100037968 A KR20100037968 A KR 20100037968A KR 1020080097338 A KR1020080097338 A KR 1020080097338A KR 20080097338 A KR20080097338 A KR 20080097338A KR 20100037968 A KR20100037968 A KR 20100037968A
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device with a vertical channel transistor and a method for manufacturing the same are provided to improve the reliability of the semiconductor device by inserting a diffusion barrier between a gate electrode and an adhesive layer. CONSTITUTION: A substrate includes a plurality of active pillars(22). Round shape vertical gate electrodes(26) surround each active pillar. A gate insulation layer(24) is interposed between the gate electrodes and the active pillar. Word-lines connect the neighboring gate electrodes. An adhesive layer(30A) is interposed between the word-lines and the gate electrodes. A dopant diffusion preventive layer(29A) is interposed between the adhesive layer and the gate electrodes.

Description

수직채널트랜지스터를 구비한 반도체장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE WITH VERTICAL CHANNEL TRANSISTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Semiconductor device with vertical channel transistor and manufacturing method therefor {SEMICONDUCTOR DEVICE WITH VERTICAL CHANNEL TRANSISTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a vertical channel transistor and a method for manufacturing the same.

최근에 메모리장치의 집적도를 향상시키기 위해 수직채널트랜지스터(Vertical channel transistor)의 연구가 활발히 진행중이다. Recently, researches on vertical channel transistors have been actively conducted to improve the density of memory devices.

도 1은 종래기술에 따른 수직채널 트랜지스터를 구비한 반도체장치의 주요 부분을 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing a main part of a semiconductor device having a vertical channel transistor according to the prior art.

도 1을 참조하면, 트랜지스터의 채널로 사용되는 수직실리콘기둥(Vertical Si Pillar, 11)의 측벽을 게이트절연막(Gate Dielectric, 12)이 에워싸고, 게이트절연막 상에는 게이트절연막을 감싸는 환형 게이트전극(Surrounding Gate Electrode, 13)이 형성된다. 그리고, 이웃하는 환형 게이트전극들을 상호 연결하는 워드라인(14)이 형성되는데, 워드라인(14)은 다마신 방식으로 형성된 워드라인(Damascene Word Line)이다.Referring to FIG. 1, a gate insulating film 12 surrounds a sidewall of a vertical silicon pillar 11 used as a channel of a transistor, and a rounding gate surrounding the gate insulating film on the gate insulating film. Electrode, 13) is formed. A word line 14 is formed to interconnect neighboring annular gate electrodes. The word line 14 is a damascene word line formed in a damascene manner.

종래기술은 워드라인의 저항을 최소화하기 위해 워드라인 물질로서 텅스텐(W)을 사용한다.The prior art uses tungsten (W) as the word line material to minimize the resistance of the word line.

도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판(11) 상에 트랜지스터의 채널로 사용되는 수직실리콘기둥(12)을 형성한다. 수직실리콘기둥 상에는 보호막(13)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 2, a vertical silicon pillar 12 used as a channel of a transistor is formed on the substrate 11. A protective film 13 is formed on the vertical silicon column.

기판(11), 수직실리콘기둥(12) 및 보호막(13)의 표면 상에는 게이트절연막(14)이 형성되어 있고, 게이트절연막(14) 상에는 수직실리콘기둥(12)의 일부를 에워싸는 환형 게이트전극(15)이 형성되어 있다.A gate insulating film 14 is formed on the surface of the substrate 11, the vertical silicon pillar 12, and the protective film 13, and the annular gate electrode 15 surrounding a part of the vertical silicon pillar 12 is formed on the gate insulating film 14. ) Is formed.

수직실리콘기둥(12) 사이의 기판(11) 내에는 이온주입을 통해 매립형비트라인(16)을 형성되어 있으며, 매립형비트라인(16)은 트렌치(17)에 의해 분리되어 있다. 트렌치 내부에는 층간절연막(18)이 갭필되어 있고, 층간절연막(18)은 게이트전극(15) 사이를 절연시키는 역할도 한다.A buried bit line 16 is formed in the substrate 11 between the vertical silicon pillars 12 through ion implantation, and the buried bit line 16 is separated by the trench 17. An interlayer insulating film 18 is gap-filled in the trench, and the interlayer insulating film 18 also insulates the gate electrodes 15 from each other.

이웃하는 게이트전극(15)들을 상호 연결하는 워드라인(20)이 다마신 형태로 형성되어 있다. 워드라인(20)은 텅스텐막을 포함하는데, 텅스텐막과 게이트전극(15)간 접착력 향상을 위해 게이트전극(15)과 워드라인(20) 사이에는 접착막(19)이 개재되어 있다.The word line 20 interconnecting the neighboring gate electrodes 15 is formed in a damascene form. The word line 20 includes a tungsten film, and an adhesive film 19 is interposed between the gate electrode 15 and the word line 20 to improve adhesion between the tungsten film and the gate electrode 15.

종래기술은 접착막(Glue Layer, 19)으로서 티타늄질화막(TiN)을 사용하는데, 티타늄질화막은 워드라인(20)으로 텅스텐막을 사용할 때 반드시 사용해야 하는 접착막(Glue Layer) 역할을 한다. 또한 티타늄질화막(TiN)은 단차피복성(Step Coverage) 특성 또한 매우 우수해야 한다. The prior art uses a titanium nitride film (TiN) as the adhesive layer (Glue Layer) 19, the titanium nitride film serves as a glue layer that must be used when using a tungsten film as the word line (20). In addition, the titanium nitride layer (TiN) should also have a very good step coverage property.

따라서, 티타늄질화막은 사염화티타늄(TiCl4) 가스를 주요 반응 가스로 사용하는 순차적가스공급증착(Sequential Flow Deposition; SFD) 방식을 이용하여 주로 증착하고 있다.Accordingly, the titanium nitride film is mainly deposited using a sequential flow deposition (SFD) method using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas as a main reaction gas.

그러나, 종래기술은 접착막(19)으로 사용되는 티타늄질화막 증착시 게이트절연막(14)이 열화되는 문제가 있다. 게이트절연막(14)의 열화는 티타늄질화막 증착시 사용되는 사염화티타늄가스 속에 불순물로 포함된 염소(Cl)가 후속 열공정에서 게이트절연막(14)까지 도달하기 때문에 발생한다.However, the prior art has a problem that the gate insulating film 14 is degraded when the titanium nitride film used as the adhesive film 19 is deposited. Deterioration of the gate insulating film 14 occurs because chlorine (Cl) contained as an impurity in the titanium tetrachloride gas used in the deposition of the titanium nitride film reaches the gate insulating film 14 in a subsequent thermal process.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수직채널트랜지스터 제조 공정시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막의 열화를 방지할 수 있는 반도체장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can prevent deterioration of a gate insulating film due to diffusion of impurities in a vertical channel transistor manufacturing process. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치는 복수개의 활성필라를 갖는 기판; 상기 활성필라 각각을 에워싸는 환형의 수직 게이트 전극; 상기 게이트전 극과 활성필라 사이에 개재된 게이트절연막; 이웃하는 상기 게이트전극들을 상호 연결시키는 워드라인; 상기 워드라인과 게이트전극 사이에 개재된 접착막; 및 상기 접착막과 게이트전극 사이에 개재된 제1불순물확산방지막을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 게이트전극과 게이트절연막 사이에 개재된 제2불순물확산방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 및 제2불순물확산방지막은 탄탈륨을 함유하는 전도성 물질이고, 상기 제1 및 제2불순물확산방지막은 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄화질화막(TaCN)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 워드라인은 텅스텐막(W)을 포함하고, 상기 접착막은 티타늄질화막(TiN)을 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a substrate having a plurality of active pillars; An annular vertical gate electrode surrounding each of the active pillars; A gate insulating layer interposed between the gate electrode and the active pillar; A word line interconnecting the adjacent gate electrodes; An adhesive film interposed between the word line and the gate electrode; And a first impurity diffusion prevention film interposed between the adhesive film and the gate electrode, and further comprising a second impurity diffusion prevention film interposed between the gate electrode and the gate insulating film. The first and second impurity diffusion barriers are conductive materials containing tantalum, and the first and second impurity diffusion barriers include a tantalum nitride layer (TaN) or a tantalum carbonitride layer (TaCN). The word line may include a tungsten film (W), and the adhesive film may include a titanium nitride film (TiN).

그리고, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 기판 상에 복수개의 활성필라를 형성하는 단계; 상기 활성필라를 포함하는 기판 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트절연막 상에 상기 활성필라 각각을 에워싸는 환형의 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극을 포함한 전면에 불순물확산방지막을 형성하는 단계; 상기 불순물확산방지막 상에 접착막을 형성하는 단계; 및 상기 접착막 상에 이웃하는 상기 게이트 전극들을 상호 연결시키는 워드라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a plurality of active pillars on the substrate; Forming a gate insulating film on a surface of the substrate including the active pillar; Forming an annular gate electrode surrounding each of the active pillars on the gate insulating layer; Forming an impurity diffusion barrier on the entire surface including the gate electrode; Forming an adhesive film on the impurity diffusion barrier; And forming a word line on the adhesive layer to interconnect neighboring gate electrodes.

또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 기판 상에 복수개의 활성필라를 형성하는 단계; 상기 활성필라를 포함하는 기판 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트절연막 상에 제1불순물확산방지막과 게이트도전막을 차례로 형성하는 단계; 상기 게이트도전막을 선택적으로 식각하여 상기 활성필라 각각을 에워싸 는 환형의 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극을 포함한 전면에 제2불순물확산방지막을 형성하는 단계; 상기 제2불순물확산방지막 상에 접착막을 형성하는 단계; 및 상기 접착막 상에 이웃하는 상기 게이트 전극을 상호 연결시키는 워드라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a plurality of active pillars on the substrate; Forming a gate insulating film on a surface of the substrate including the active pillar; Sequentially forming a first impurity diffusion prevention film and a gate conductive film on the gate insulating film; Selectively etching the gate conductive layer to form an annular gate electrode surrounding each of the active pillars; Forming a second impurity diffusion barrier on the entire surface including the gate electrode; Forming an adhesive film on the second impurity diffusion preventing film; And forming a word line on the adhesive layer to interconnect neighboring gate electrodes.

상술한 본 발명은 환형의 게이트전극과 접착막 사이에 불순물확산방지막을 삽입하므로서 후속 워드라인도전막 증착공정시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막의 열화를 방지하여 수직채널트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above can prevent the deterioration of the gate insulating film due to the diffusion of impurities during the subsequent word line conductive film deposition process by inserting an impurity diffusion prevention film between the annular gate electrode and the adhesive film, thereby improving the reliability of the vertical channel transistor. It works.

또한, 본 발명은 게이트전극과 게이트절연막 사이는 물론 게이트전극과 접착막 사이에 불순물확산방지막을 삽입하므로서 게이트전극 및 워드라인으로 사용되는 도전막 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막의 열화를 방지하여 수직채널트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention prevents deterioration of the gate insulating film due to diffusion of impurities during deposition of the conductive film used as the gate electrode and the word line by inserting an impurity diffusion preventing film between the gate electrode and the gate insulating film, as well as between the gate electrode and the adhesive film. There is an effect that can improve the reliability of the vertical channel transistor.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. do.

본 발명에서는 게이트절연막의 열화를 방지하기 위해 환형 게이트 전극과 접 착막 사이에 불순물확산방지막(Barrier Metal)을 삽입한다. 불순물확산방지막으로 적용되는 물질은 염소 등의 불순물 확산 방지 효과가 우수한 탄탈륨질화막(TaN)이나 탄탈륨탄화질화막(TaCN)을 사용한다.In the present invention, a barrier metal is inserted between the annular gate electrode and the adhesive layer to prevent deterioration of the gate insulating layer. As the material to be applied as the impurity diffusion preventing film, a tantalum nitride film (TaN) or a tantalum carbonitride film (TaCN) excellent in preventing impurity diffusion such as chlorine is used.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치의 구조를 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 B-B'선에 따른 단면도이다.3A is a plan view showing the structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3A.

도 3a를 참조하면, 트랜지스터의 채널로 사용되는 수직실리콘기둥(Vertical Si Pillar, 102)의 측벽을 게이트절연막(Gate Dielectric, 104)이 에워싸고, 게이트절연막(104) 상에는 게이트절연막(104)을 감싸는 환형 게이트전극(Surrounding Gate Electrode, 105)이 형성된다. 그리고, 이웃하는 환형 게이트전극들을 상호 연결하는 워드라인(111)이 형성되는데, 워드라인(111)은 다마신 방식으로 형성된 워드라인(Damascene Word Line)이다.Referring to FIG. 3A, a gate insulating film 104 surrounds a sidewall of a vertical silicon pillar 102 used as a channel of a transistor, and surrounds the gate insulating film 104 on the gate insulating film 104. An annular gate electrode 105 is formed. A word line 111 is formed to interconnect neighboring annular gate electrodes. The word line 111 is a damascene word line formed in a damascene manner.

워드라인(111)의 저항을 최소화하기 위해 워드라인 물질로서 텅스텐(W)을 사용한다. 워드라인(111)과 게이트전극(105)간 접착력 향상을 위해 접착막(110)이 개재되어 있고, 게이트전극(105)과 접착막(110) 사이에는 불순물확산방지막(109)이 형성되어 있다.Tungsten (W) is used as the word line material to minimize the resistance of the word line 111. An adhesive film 110 is interposed to improve adhesion between the word line 111 and the gate electrode 105, and an impurity diffusion barrier 109 is formed between the gate electrode 105 and the adhesive film 110.

도 3b를 참조하면, 기판(101) 상에 트랜지스터의 채널로 사용되는 수직실리콘기둥(102)을 형성한다. 수직실리콘기둥(102) 상에는 하드마스크막(103)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 3B, a vertical silicon pillar 102 used as a channel of a transistor is formed on the substrate 101. The hard mask film 103 is formed on the vertical silicon column 102.

기판(101), 수직실리콘기둥(102) 및 하드마스크막(103)의 표면 상에는 게이트절연막(104)이 형성되어 있고, 게이트절연막(104) 상에는 수직실리콘기둥(102)의 일부를 에워싸는 환형 게이트전극(105)이 형성되어 있다.A gate insulating film 104 is formed on the surface of the substrate 101, the vertical silicon pillar 102 and the hard mask film 103, and the annular gate electrode surrounding a part of the vertical silicon pillar 102 on the gate insulating film 104. 105 is formed.

수직실리콘기둥(102) 사이의 기판(101) 내에는 이온주입을 통해 매립형비트라인(106)을 형성되어 있으며, 매립형비트라인(106)은 트렌치(107)에 의해 분리되어 있다. 트렌치 내부에는 층간절연막(108)이 갭필되어 있고, 층간절연막(108)은 게이트전극(105) 사이를 절연시키는 역할도 한다.The buried bit line 106 is formed in the substrate 101 between the vertical silicon pillars 102 through ion implantation, and the buried bit line 106 is separated by the trench 107. An interlayer insulating film 108 is gap-filled in the trench, and the interlayer insulating film 108 also insulates the gate electrodes 105 from each other.

이웃하는 게이트전극(105)들을 상호 연결하는 워드라인(111)이 다마신 형태로 형성되어 있다. 워드라인(111)은 텅스텐막을 포함하는데, 텅스텐막과 게이트전극(105)간 접착력 향상을 위해 게이트전극(105)과 워드라인(111) 사이에는 접착막(110)이 개재되어 있다.The word line 111 connecting the neighboring gate electrodes 105 to each other is formed in a damascene form. The word line 111 includes a tungsten film, and an adhesive film 110 is interposed between the gate electrode 105 and the word line 111 to improve adhesion between the tungsten film and the gate electrode 105.

상술한 제1실시예에 따르면, 접착막(110)과 게이트전극(105) 사이에 불순물확산방지막(109)이 삽입되어 있다. According to the first embodiment described above, an impurity diffusion preventing film 109 is inserted between the adhesive film 110 and the gate electrode 105.

불순물확산방지막(109)은 후속하는 접착막(110) 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막(104)의 열화를 방지하는 물질이다. 바람직하게, 불순물확산방지막(109)은 탄탈륨이 함유된 전도성 물질을 포함하는데, 예를 들어 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄화질화막(TaCN)을 포함할 수 있다.The impurity diffusion preventing film 109 is a material that prevents the gate insulating film 104 from deteriorating due to the diffusion of impurities during the deposition of the adhesive film 110. Preferably, the impurity diffusion barrier 109 may include a conductive material containing tantalum, for example, a tantalum nitride layer (TaN) or a tantalum carbonitride layer (TaCN).

접착막(110)은 워드라인(111)의 접착특성을 향상시키기 위한 물질이다. 예를 들어, 워드라인(111)이 텅스텐막(W)인 경우, 접착막(110)은 티타늄질화막(TiN)을 사용하는 것이 바람직하다. 접착막(110)으로 사용되는 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 소스가스로 이용하여 증착하며, 단차피복성을 확보하기 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD)으로 증착한다. 티타늄질화막 증착시 사염화티타늄가스 에 포함되어 있는 염소가 게이트절연막(104)으로 확산할 수 있으나, 제1실시예는 불순물확산방지막(109)을 미리 형성하므로써 염소의 확산을 방지할 수 있다.The adhesive film 110 is a material for improving the adhesive property of the word line 111. For example, when the word line 111 is a tungsten film W, it is preferable that the adhesive film 110 use a titanium nitride film TiN. The titanium nitride film used as the adhesive film 110 is deposited by using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ) as a source gas, and deposited by a sequential gas supply deposition method (SFD) to secure step coverage. Chlorine included in the titanium tetrachloride gas may be diffused into the gate insulating film 104 when the titanium nitride film is deposited. In the first embodiment, the diffusion of the chlorine may be prevented by forming the impurity diffusion preventing film 109 in advance.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(21) 상에 수직 실리콘기둥(22)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, vertical silicon pillars 22 are formed on the substrate 21.

수직실리콘기둥(22)은 매트릭스 형태로 배열된 기둥 구조로서 트랜지스터의 채널이 형성되는 활성영역이다. 수직실리콘기둥(22)은 넥필라가 없는 넥프리(Neck free) 구조의 일자형 구조를 갖는데, 넥프리 구조를 가지면 무너짐에 강한 안정적인 구조를 얻을 수 있다. 수직실리콘기둥(22)은 하드마스크막패턴(23)을 이용한 식각 공정을 통해 형성한다. 이하, 수직실리콘기둥(22)을 '활성필라(Active pillar, 22)'라고 약칭하기로 한다. 기판(21)은 실리콘기판을 포함한다. 기판(21)이 실리콘기판이므로, 활성필라(22)를 형성하기 위한 식각 공정은 Cl2 또는 HBr 가스를 단독으로 사용하거나, Cl2와 HBr 가스의 혼합가스를 이용하여 진행할 수 있다. 하드마스크막패턴(23)은 실리콘질화막(Si3N4) 또는 탄화실리콘막(SiC)으로 형성할 수 있다. 하드마스크막패턴(23)과 활성필라(22) 사이에는 실리콘산화막 등의 버퍼막이 삽입될 수도 있다.The vertical silicon column 22 is a pillar structure arranged in a matrix form and is an active region in which a channel of a transistor is formed. The vertical silicon column 22 has a neck-free straight structure without neck pillars, and having a neck-free structure provides a stable structure resistant to collapse. The vertical silicon column 22 is formed through an etching process using the hard mask layer pattern 23. Hereinafter, the vertical silicon pillar 22 will be abbreviated as 'active pillar 22'. The substrate 21 includes a silicon substrate. Since the substrate 21 is a silicon substrate, the etching process for forming the active pillar 22 may be performed by using Cl 2 or HBr gas alone, or by using a mixed gas of Cl 2 and HBr gas. The hard mask film pattern 23 may be formed of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) or a silicon carbide film (SiC). A buffer film such as a silicon oxide film may be inserted between the hard mask pattern pattern 23 and the active pillar 22.

이어서, 하드마스크막패턴(23)을 포함한 전면에 게이트절연막(24)을 형성한다. 게이트절연막(24)은 실리콘산화막을 포함할 수 있으며, 게이트절연막(24)은 증착공정 또는 산화공정에 의해 50Å 두께로 형성될 수 있다.Subsequently, the gate insulating film 24 is formed on the entire surface including the hard mask film pattern 23. The gate insulating film 24 may include a silicon oxide film, and the gate insulating film 24 may be formed to have a thickness of 50 μs by a deposition process or an oxidation process.

이어서, 기판(21) 내에 불순물의 이온주입을 통해 매립형비트라인(BBL, 25)을 형성한다. 여기서, 매립형비트라인(25)은 인(Ph), 비소(As) 등의 N형 불순물을 이온주입하여 형성할 수 있다.Subsequently, the buried bit line BBL 25 is formed through ion implantation of impurities in the substrate 21. The buried bit line 25 may be formed by ion implanting N-type impurities such as phosphorus (Ph) and arsenic (As).

도 4b에 도시된 바와 같이, 게이트절연막(24) 상에서 활성필라(22)의 측벽을 에워싸는 환형의 게이트전극(26)을 형성한다. 이때, 게이트전극(26)은 게이트도전막을 증착한 후 에치백하여 형성할 수 있다. 게이트전극(26)으로 사용되는 게이트도전막은 TiN, Al, Cu 또는 이들의 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 게이트도전막은 단차피복성(Step coverage) 확보를 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD) 또는 원자층 증착 방식(ALD)을 이용하여 증착하는 것이 바람직하며, 그 두께는 50∼300Å이 됨이 바람직하다. 위와 같이 게이트전극이 수직 실리콘기둥을 에워싸는 형태가 되므로 게이트전극에 의해 형성되는 트랜지스터의 채널이 수직채널(Vertical channel)이 된다.As shown in FIG. 4B, an annular gate electrode 26 is formed on the gate insulating film 24 to surround the sidewall of the active pillar 22. In this case, the gate electrode 26 may be formed by etching back the gate conductive layer. The gate conductive film used as the gate electrode 26 is preferably made of any one of TiN, Al, Cu, or an alloy thereof. As described above, the gate conductive film is preferably deposited using a sequential gas supply deposition method (SFD) or an atomic layer deposition method (ALD) in order to secure step coverage. Is preferred. As described above, since the gate electrode surrounds the vertical silicon pillar, the channel of the transistor formed by the gate electrode becomes a vertical channel.

이어서, BBL(Buried BitLine) 마스크 공정(도시 생략)을 통해 기판(21)을 식각하여 매립형비트라인(25)을 분리시키는 트렌치(27)를 형성한다.Subsequently, a trench 27 for etching the substrate 21 through a BBL (Buried BitLine) mask process (not shown) to separate the buried bit line 25 is formed.

이어서, 트렌치(27)를 갭필하도록 층간절연막(28)을 증착한 후 에치백하여 게이트전극(26)의 일부 측벽을 노출시킨다.Subsequently, the interlayer insulating film 28 is deposited to gap fill the trench 27 and then etched back to expose some sidewalls of the gate electrode 26.

도 4c에 도시된 바와 같이, 전면에 불순물확산방지막(29)을 형성한다. 불순물확산방지막(29)은 후속하는 접착막 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막(24)의 열화를 방지하는 물질이다. 바람직하게, 불순물확산방지막(29)은 탄탈륨이 함유된 전도성 물질을 포함하는데, 예를 들어 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄 화질화막(TaCN)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4C, an impurity diffusion barrier 29 is formed on the entire surface. The impurity diffusion barrier 29 is a material that prevents deterioration of the gate insulating layer 24 due to diffusion of impurities during subsequent deposition of an adhesive layer. Preferably, the impurity diffusion barrier 29 includes a conductive material containing tantalum, and may include, for example, a tantalum nitride film (TaN) or a tantalum carbon quality film (TaCN).

도 4d에 도시된 바와 같이, 불순물확산방지막(29) 상에 접착막(30)을 증착한 후 접착막(30) 상에 활성필라 사이를 갭필하도록 워드라인으로 사용되는 워드라인도전막(31)을 증착한다. 워드라인도전막(31)은 워드라인의 저항을 최소화하기 위하여 텅스텐막 등의 저저항 금속성막을 사용하는 것이 바람직하다. 접착막(30)은 워드라인도전막(31)의 접착특성을 향상시키기 위한 물질이다. 예를 들어, 워드라인도전막(31)이 텅스텐막(W)인 경우, 접착막(30)은 티타늄질화막(TiN)을 사용하는 것이 바람직하다. 접착막(30)으로 사용되는 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 소스가스로 이용하여 증착하며, 단차피복성을 확보하기 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD)으로 증착한다. 티타늄질화막 증착시 사염화티타늄가스에 포함되어 있는 염소가 게이트절연막(24)으로 확산할 수 있으나, 제2실시예는 불순물확산방지막(29)을 미리 형성하므로써 염소의 확산을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 4D, the word line conductive layer 31 is used as a word line so as to gap-fill the active pillars on the adhesive layer 30 after depositing the adhesive layer 30 on the impurity diffusion barrier layer 29. Deposit. The word line conductive film 31 preferably uses a low resistance metallic film such as a tungsten film in order to minimize the resistance of the word line. The adhesive film 30 is a material for improving the adhesive property of the word line conductive film 31. For example, when the word line conductive film 31 is a tungsten film W, it is preferable that the adhesive film 30 uses a titanium nitride film TiN. The titanium nitride film used as the adhesive film 30 is deposited by using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ) as a source gas, and deposited by a sequential gas supply deposition method (SFD) to ensure step coverage. Chlorine contained in the titanium tetrachloride gas may be diffused into the gate insulating film 24 when the titanium nitride film is deposited. In the second embodiment, the diffusion of the chlorine may be prevented by forming the impurity diffusion preventing film 29 in advance.

도 4e에 도시된 바와 같이, 워드라인도전막(31), 접착막(30) 및 불순물확산방지막(29)을 동시에 에치백하여 활성필라(22) 사이에 잔류시킨다. 이에 따라 이웃하는 게이트전극(26)들을 상호 연결시키는 워드라인(31A)이 형성된다. 도시하지 않았지만, 불순물확산방지막(29) 형성전에는 층간절연막 증착 및 다마신 공정을 통해 다마신 패턴이 미리 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 워드라인(31A)은 다마신 워드라인 구조가 될 수 있다.As shown in FIG. 4E, the word line conductive layer 31, the adhesive layer 30, and the impurity diffusion barrier layer 29 are simultaneously etched back and left between the active pillars 22. As a result, a word line 31A connecting the neighboring gate electrodes 26 is formed. Although not shown, a damascene pattern may be formed in advance through an interlayer insulating layer deposition and a damascene process before the impurity diffusion barrier 29 is formed. Therefore, the word line 31A may have a damascene word line structure.

워드라인(31A)이 형성된 후의 결과를 살펴보면, 게이트전극(26)과 워드라인 (31A) 사이에는 접착막(30A)과 불순물확산방지막(29A)이 형성되어 있으며, 특히 접 착막(30A)과 게이트전극(26) 사이에는 불순물확산방지막(29A)이 개재된다.After the word line 31A is formed, an adhesive film 30A and an impurity diffusion barrier 29A are formed between the gate electrode 26 and the word line 31A. In particular, the adhesive film 30A and the gate are formed. An impurity diffusion barrier 29A is interposed between the electrodes 26.

워드라인(31A)을 형성한 후에는 도 4f에 도시된 바와 같이, 워드라인(31A)을 절연시키기 위한 워드라인절연막(32)을 형성할 수 있다.After the word line 31A is formed, as shown in FIG. 4F, a word line insulating film 32 for insulating the word line 31A may be formed.

도 5a는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체장치의 구조를 도시한 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 B-B'선에 따른 단면도이다.FIG. 5A is a plan view showing the structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 5A.

도 5a를 참조하면, 트랜지스터의 채널로 사용되는 수직실리콘기둥(Vertical Si Pillar, 202)의 측벽을 게이트절연막(Gate Dielectric, 204)이 에워싸고, 게이트절연막(204) 상에는 게이트절연막(204)을 감싸는 환형 게이트전극(Surrounding Gate Electrode, 205)이 형성된다. 그리고, 이웃하는 환형 게이트전극들을 상호 연결하는 워드라인(212)이 형성되는데, 워드라인(212)은 다마신 방식으로 형성된 워드라인(Damascene Word Line)이다.Referring to FIG. 5A, a gate insulating film 204 surrounds a sidewall of a vertical silicon pillar 202 used as a channel of a transistor, and surrounds the gate insulating film 204 on the gate insulating film 204. An annular gate electrode 205 is formed. A word line 212 is formed to interconnect neighboring annular gate electrodes, and the word line 212 is a damascene word line formed in a damascene manner.

워드라인(212)의 저항을 최소화하기 위해 워드라인 물질로서 텅스텐(W)을 사용한다. 워드라인(212)과 게이트전극(205)간 접착력 향상을 위해 접착막(211)이 개재되어 있고, 게이트전극(205)과 접착막(211) 사이에는 제2불순물확산방지막(210)이 형성되어 있다. 게이트전극(205)과 게이트절연막(204) 사이에는 제1불순물확산방지막(209)이 형성되어 있다.Tungsten (W) is used as the word line material to minimize the resistance of the word line 212. An adhesive film 211 is interposed to improve adhesion between the word line 212 and the gate electrode 205, and a second impurity diffusion preventing film 210 is formed between the gate electrode 205 and the adhesive film 211. have. A first impurity diffusion preventing film 209 is formed between the gate electrode 205 and the gate insulating film 204.

도 5b를 참조하면, 기판(201) 상에 트랜지스터의 채널로 사용되는 수직실리콘기둥(202)을 형성한다. 수직실리콘기둥(202) 상에는 하드마스크막(203)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 5B, a vertical silicon pillar 202 used as a channel of a transistor is formed on a substrate 201. The hard mask film 203 is formed on the vertical silicon column 202.

기판(201), 수직실리콘기둥(202) 및 하드마스크막(203)의 표면 상에는 게이 트절연막(204)이 형성되어 있고, 게이트절연막(204) 상에는 수직실리콘기둥(202)의 일부를 에워싸는 환형 게이트전극(205)이 형성되어 있다. 게이트전극(205)은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 소스가스로 이용하여 증착하며, 단차피복성을 확보하기 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD)으로 증착한다.A gate insulating film 204 is formed on the surface of the substrate 201, the vertical silicon pillar 202, and the hard mask film 203, and the annular gate surrounding a part of the vertical silicon pillar 202 is formed on the gate insulating film 204. An electrode 205 is formed. The gate electrode 205 is deposited using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ) as a source gas, and is deposited by a sequential gas supply deposition method (SFD) to secure step coverage.

수직실리콘기둥(202) 사이의 기판(201) 내에는 이온주입을 통해 매립형비트라인(206)을 형성되어 있으며, 매립형비트라인(206)은 트렌치(207)에 의해 분리되어 있다. 트렌치 내부에는 층간절연막(208)이 갭필되어 있고, 층간절연막(208)은 게이트전극(205) 사이를 절연시키는 역할도 한다.A buried bit line 206 is formed in the substrate 201 between the vertical silicon pillars 202 through ion implantation, and the buried bit line 206 is separated by the trench 207. An interlayer insulating film 208 is gap-filled in the trench, and the interlayer insulating film 208 also insulates the gate electrodes 205 from each other.

이웃하는 게이트전극(205)들을 상호 연결하는 워드라인(212)이 다마신 형태로 형성되어 있다. 워드라인(212)은 텅스텐막을 포함하는데, 텅스텐막과 게이트전극(205)간 접착력 향상을 위해 게이트전극(205)과 워드라인(212) 사이에는 접착막(211)이 개재되어 있다.A word line 212 interconnecting neighboring gate electrodes 205 is formed in a damascene form. The word line 212 includes a tungsten film, and an adhesive film 211 is interposed between the gate electrode 205 and the word line 212 to improve adhesion between the tungsten film and the gate electrode 205.

상술한 제3실시예에 따르면, 접착막(211)과 게이트전극(205) 사이에 제2불순물확산방지막(210)이 삽입되어 있고, 게이트절연막(204)와 게이트전극(205) 사이에는 제1불순물확산방지막(209)이 삽입되어 있다. According to the third embodiment described above, a second impurity diffusion preventing film 210 is inserted between the adhesive film 211 and the gate electrode 205, and the first impurity is interposed between the gate insulating film 204 and the gate electrode 205. An impurity diffusion prevention film 209 is inserted.

제2불순물확산방지막(210)은 후속하는 접착막(211) 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막(204)의 열화를 방지하는 물질이고, 제1불순물확산방지막(209)은 게이트전극(205) 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막(204)의 열화를 방지하는 물질이다. 바람직하게, 제1 및 제2불순물확산방지막(209, 210)은 탄탈륨이 함유된 전도성 물질을 포함하는데, 예를 들어 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄화질화 막(TaCN)을 포함할 수 있다.The second impurity diffusion preventing film 210 is a material which prevents deterioration of the gate insulating film 204 due to diffusion of impurities during deposition of the subsequent adhesive film 211, and the first impurity diffusion preventing film 209 is the gate electrode 205. The material prevents deterioration of the gate insulating film 204 due to diffusion of impurities during deposition. Preferably, the first and second impurity diffusion barrier layers 209 and 210 may include a conductive material containing tantalum, for example, a tantalum nitride layer (TaN) or a tantalum carbonitride layer (TaCN).

접착막(211)은 워드라인(212)의 접착특성을 향상시키기 위한 물질이다. 예를 들어, 워드라인(212)이 텅스텐막(W)인 경우, 접착막(211)은 티타늄질화막(TiN)을 사용하는 것이 바람직하다. 접착막(211)으로 사용되는 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 소스가스로 이용하여 증착하며, 단차피복성을 확보하기 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD)으로 증착한다. 티타늄질화막 증착시 사염화티타늄가스에 포함되어 있는 염소가 게이트절연막(204)으로 확산할 수 있으나, 제3실시예는 제2불순물확산방지막(210)을 미리 형성하므로써 염소의 확산을 방지할 수 있다. 또한, 제3실시예는 제1불순물확산방지막(209)에 의해 게이트전극(205)으로 사용되는 티타늄질화막 증착시 사염화티타늄가스에 포함되어 있는 염소가 게이트절연막(204)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다.The adhesive film 211 is a material for improving the adhesive property of the word line 212. For example, when the word line 212 is a tungsten film W, it is preferable that the adhesive film 211 uses a titanium nitride film TiN. The titanium nitride film used as the adhesive film 211 is deposited by using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ) as a source gas, and deposited by a sequential gas supply deposition method (SFD) to ensure step coverage. Chlorine contained in the titanium tetrachloride gas may be diffused into the gate insulating film 204 when the titanium nitride film is deposited, but the third embodiment may prevent the diffusion of chlorine by forming the second impurity diffusion preventing film 210 in advance. In addition, the third embodiment can prevent the chlorine contained in the titanium tetrachloride gas from diffusing into the gate insulating film 204 when the titanium nitride film used as the gate electrode 205 is deposited by the first impurity diffusion preventing film 209. have.

도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.6A through 6H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a fourth embodiment of the present invention.

도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(41) 상에 수직 실리콘기둥(42)을 형성한다.As shown in FIG. 6A, a vertical silicon pillar 42 is formed on the substrate 41.

수직실리콘기둥(42)은 매트릭스 형태로 배열된 기둥 구조로서 트랜지스터의 채널이 형성되는 활성영역이다. 수직실리콘기둥(42)은 넥필라가 없는 넥프리(Neck free) 구조의 일자형 구조를 갖는데, 넥프리 구조를 가지면 무너짐에 강한 안정적인 구조를 얻을 수 있다. 수직실리콘기둥(42)은 하드마스크막패턴(43)을 이용한 식각 공정을 통해 형성한다. 이하, 수직실리콘기둥(42)을 '활성필라(Active pillar, 22)'라고 약칭하기로 한다. 기판(41)은 실리콘기판을 포함한다. 기판(41)이 실리콘 기판이므로, 활성필라(42)를 형성하기 위한 식각 공정은 Cl2 또는 HBr 가스를 단독으로 사용하거나, Cl2와 HBr 가스의 혼합가스를 이용하여 진행할 수 있다. 하드마스크막패턴(43)은 실리콘질화막(Si3N4) 또는 탄화실리콘막(SiC)으로 형성할 수 있다. 하드마스크막패턴(43)과 활성필라(42) 사이에는 실리콘산화막 등의 버퍼막이 삽입될 수도 있다.The vertical silicon column 42 is a pillar structure arranged in a matrix form and is an active region in which a channel of a transistor is formed. The vertical silicon column 42 has a neck-free straight structure without neck pillars, and having a neck-free structure provides a stable structure resistant to collapse. The vertical silicon column 42 is formed through an etching process using the hard mask layer pattern 43. Hereinafter, the vertical silicon pillar 42 will be abbreviated as 'active pillar 22'. The substrate 41 includes a silicon substrate. Since the substrate 41 is a silicon substrate, the etching process for forming the active pillar 42 may be performed by using Cl 2 or HBr gas alone or by using a mixed gas of Cl 2 and HBr gas. The hard mask layer pattern 43 may be formed of a silicon nitride layer (Si 3 N 4 ) or a silicon carbide layer (SiC). A buffer film such as a silicon oxide film may be inserted between the hard mask pattern pattern 43 and the active pillar 42.

이어서, 하드마스크막패턴(43)을 포함한 전면에 게이트절연막(44)을 형성한다. 게이트절연막(44)은 실리콘산화막을 포함할 수 있으며, 게이트절연막(44)은 증착공정 또는 산화공정에 의해 50Å 두께로 형성될 수 있다.Subsequently, the gate insulating film 44 is formed on the entire surface including the hard mask film pattern 43. The gate insulating film 44 may include a silicon oxide film, and the gate insulating film 44 may be formed to have a thickness of 50 kHz by a deposition process or an oxidation process.

이어서, 기판(41) 내에 불순물의 이온주입을 통해 매립형비트라인(BBL, 45)을 형성한다. 여기서, 매립형비트라인(45)은 인(Ph), 비소(As) 등의 N형 불순물을 이온주입하여 형성할 수 있다.Subsequently, the buried bit lines BBL 45 are formed through ion implantation of impurities in the substrate 41. The buried bit line 45 may be formed by ion implanting N-type impurities such as phosphorus (Ph) and arsenic (As).

도 6b에 도시된 바와 같이, 게이트절연막을 포함한 전면에 제1불순물확산방지막(46)을 형성한다. 제1불순물확산방지막(46)은 후속하는 게이트도전막 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절연막(44)의 열화를 방지하는 물질이다. 바람직하게, 제1불순물확산방지막(46)은 탄탈륨이 함유된 전도성 물질을 포함하는데, 예를 들어 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄화질화막(TaCN)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6B, a first impurity diffusion barrier 46 is formed on the entire surface including the gate insulating layer. The first impurity diffusion preventing film 46 is a material that prevents deterioration of the gate insulating film 44 due to diffusion of impurities during subsequent gate conductive film deposition. Preferably, the first impurity diffusion barrier 46 includes a conductive material containing tantalum. For example, the first impurity diffusion barrier 46 may include a tantalum nitride layer (TaN) or a tantalum carbonitride layer (TaCN).

이어서, 제1불순물확산방지막(46) 상에 게이트전극으로 사용될 게이트도전막(47)을 형성한다. 게이트도전막(47)은 TiN, Al, Cu 또는 이들의 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 게이트도전막(47)은 단차피 복성(Step coverage) 확보를 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD) 또는 원자층 증착 방식(ALD)을 이용하여 증착하는 것이 바람직하며, 그 두께는 50∼300Å이 됨이 바람직하다. 게이트도전막(47)으로 사용되는 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 소스가스로 이용하여 증착하며, 단차피복성을 확보하기 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD)으로 증착한다. 티타늄질화막 증착시 사염화티타늄가스에 포함되어 있는 염소가 게이트절연막(44)으로 확산할 수 있으나, 제4실시예는 제1불순물확산방지막(46)을 미리 형성하므로써 염소의 확산을 방지할 수 있다.Subsequently, a gate conductive film 47 to be used as a gate electrode is formed on the first impurity diffusion preventing film 46. The gate conductive film 47 is preferably made of any one of TiN, Al, Cu, or an alloy thereof. As described above, the gate conductive film 47 is preferably deposited using a sequential gas supply deposition method (SFD) or an atomic layer deposition method (ALD) in order to secure step coverage. It is preferable that it is 50-300 Hz. The titanium nitride film used as the gate conductive film 47 is deposited by using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ) as a source gas, and is deposited by a sequential gas supply deposition method (SFD) to ensure step coverage. Chlorine contained in the titanium tetrachloride gas may be diffused into the gate insulating layer 44 when the titanium nitride film is deposited. In the fourth embodiment, the diffusion of chlorine can be prevented by forming the first impurity diffusion preventing film 46 in advance.

도 6c에 도시된 바와 같이, 게이트도전막을 에치백하여 활성필라(42)의 측벽을 에워싸는 환형의 게이트전극(47A)을 형성한다. 이때, 게이트도전막 에치백시 제1불순물확산방지막(46)도 동시에 에치백된다. 게이트전극(47A)이 활성필라(42)를 에워싸는 형태가 되므로 게이트전극(47A)에 의해 형성되는 트랜지스터의 채널이 수직채널(Vertical channel)이 된다.As illustrated in FIG. 6C, the gate conductive film is etched back to form an annular gate electrode 47A surrounding the sidewall of the active pillar 42. At this time, when the gate conductive film is etched back, the first impurity diffusion preventing film 46 is also etched back. Since the gate electrode 47A is formed to surround the active pillar 42, the channel of the transistor formed by the gate electrode 47A becomes a vertical channel.

게이트전극(47A)을 형성한 후의 결과를 살펴보면, 게이트전극(47A)과 게이트절연막(44) 사이에 제1불순물확산방지막(46A)이 개재된다.Looking at the result after forming the gate electrode 47A, a first impurity diffusion barrier 46A is interposed between the gate electrode 47A and the gate insulating film 44.

도 6d에 도시된 바와 같이, BBL(Buried BitLine) 마스크 공정을 통해 기판(41)을 식각하여 매립형비트라인(45)을 분리시키는 트렌치(48)를 형성한다.As shown in FIG. 6D, the substrate 41 is etched through a buried bit line (BBL) mask process to form a trench 48 that separates the buried bit line 45.

이어서, 트렌치(48)를 갭필하도록 층간절연막(49)을 증착한 후 에치백하여 게이트전극(47A)의 일부 측벽을 노출시킨다.Subsequently, an interlayer insulating film 49 is deposited to gap fill the trench 48 and then etched back to expose some sidewalls of the gate electrode 47A.

도 6e에 도시된 바와 같이, 전면에 제2불순물확산방지막(50)을 형성한다. 제2불순물확산방지막(50)은 후속하는 접착막 증착시 불순물의 확산에 의한 게이트절 연막(44)의 열화를 방지하는 물질이다. 바람직하게, 제2불순물확산방지막(50)은 탄탈륨이 함유된 전도성 물질을 포함하는데, 예를 들어 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄화질화막(TaCN)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6E, a second impurity diffusion barrier 50 is formed on the entire surface. The second impurity diffusion preventing film 50 is a material that prevents deterioration of the gate insulating film 44 due to diffusion of impurities during subsequent deposition of the adhesive film. Preferably, the second impurity diffusion barrier 50 includes a conductive material containing tantalum, for example, a tantalum nitride layer (TaN) or a tantalum carbonitride layer (TaCN).

도 6f에 도시된 바와 같이, 제2불순물확산방지막(50) 상에 접착막(51)을 증착한 후 접착막(51) 상에 활성필라 사이를 갭필하도록 워드라인으로 사용되는 워드라인도전막(52)을 증착한다. 워드라인도전막(52)은 워드라인의 저항을 최소화하기 위하여 텅스텐막 등의 저저항 금속성막을 사용하는 것이 바람직하다. 접착막(51)은 워드라인도전막(52)의 접착특성을 향상시키기 위한 물질이다. 예를 들어, 워드라인도전막(52)이 텅스텐막(W)인 경우, 접착막(51)은 티타늄질화막(TiN)을 사용하는 것이 바람직하다. 접착막으로 사용되는 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 소스가스로 이용하여 증착하며, 단차피복성을 확보하기 위하여 순차적가스공급증착방식(SFD)으로 증착한다. 티타늄질화막 증착시 사염화티타늄가스에 포함되어 있는 염소가 게이트절연막(44)으로 확산할 수 있으나, 제4실시예는 제2불순물확산방지막(50)을 미리 형성하므로써 염소의 확산을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 6F, a word line conductive film is used as a word line so as to gap-fill the active pillars on the adhesive film 51 after depositing the adhesive film 51 on the second impurity diffusion prevention film 50 ( 52). The word line conductive film 52 preferably uses a low resistance metallic film such as a tungsten film in order to minimize the resistance of the word line. The adhesive film 51 is a material for improving the adhesive property of the word line conductive film 52. For example, when the word line conductive film 52 is a tungsten film W, it is preferable that the adhesive film 51 uses a titanium nitride film TiN. The titanium nitride film used as the adhesive film is deposited by using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ) as a source gas, and deposited by sequential gas supply deposition (SFD) to ensure step coverage. Chlorine contained in the titanium tetrachloride gas may be diffused into the gate insulating film 44 during the deposition of the titanium nitride film. However, the fourth embodiment may prevent the diffusion of chlorine by forming the second impurity diffusion preventing film 50 in advance.

도 6g에 도시된 바와 같이, 워드라인도전막(52), 접착막(51) 및 제2불순물확산방지막(50)을 동시에 에치백하여 활성필라(42) 사이에 잔류시킨다. 이에 따라 이웃하는 게이트전극(47A)들을 상호 연결시키는 워드라인(52A)이 형성된다. 도시하지 않았지만, 제2불순물확산방지막 형성전에는 층간절연막 증착 및 다마신 공정을 통해 다마신 패턴이 미리 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 워드라인(52A)은 다마신 워드라인 구조가 될 수 있다.As shown in FIG. 6G, the word line conductive film 52, the adhesive film 51, and the second impurity diffusion preventing film 50 are simultaneously etched back and left between the active pillars 42. As a result, a word line 52A is formed to interconnect neighboring gate electrodes 47A. Although not shown, a damascene pattern may be formed in advance through an interlayer insulating film deposition and a damascene process before forming the second impurity diffusion barrier. Accordingly, the word line 52A may have a damascene word line structure.

워드라인(52A)이 형성된 후의 결과를 살펴보면, 게이트전극(47A)과 워드라인(52A) 사이에는 접착막(51A)과 제2불순물확산방지막(50A)이 형성되어 있으며, 특히 접착막(51A)과 게이트전극(47A) 사이에는 제2불순물확산방지막(50A)이 개재된다.After the word line 52A is formed, an adhesive film 51A and a second impurity diffusion barrier 50A are formed between the gate electrode 47A and the word line 52A, in particular, the adhesive film 51A. The second impurity diffusion barrier 50A is interposed between the gate electrode 47A and the gate electrode 47A.

도 6h에 도시된 바와 같이, 워드라인(52A)을 형성한 후에는 워드라인을 절연시키기 위한 워드라인절연막(53)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 6H, after the word line 52A is formed, a word line insulating layer 53 may be formed to insulate the word line.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically recorded in accordance with the above-described preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 종래기술에 따른 수직채널 트랜지스터를 구비한 반도체장치의 주요 부분을 도시한 평면도.1 is a plan view showing the main part of a semiconductor device having a vertical channel transistor according to the prior art;

도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도.2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치의 구조를 도시한 평면도.3A is a plan view showing the structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 3b는 도 3a의 B-B'선에 따른 단면도.3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3A.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치의 구조를 도시한 평면도.5A is a plan view showing the structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 5b는 도 5a의 B-B'선에 따른 단면도.5B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 5A.

도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 제4실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도.6A to 6H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a fourth embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 기판 22 : 활성필라21 substrate 22 active pillar

23 : 하드마스크막 24 : 게이트절연막23: hard mask film 24: gate insulating film

25 : 매립형비트라인 26 : 게이트전극25: buried bit line 26: gate electrode

29A : 불순물확산방지막 30A : 접착막29A: impurity diffusion prevention film 30A: adhesive film

31A : 워드라인31A: Wordline

Claims (26)

복수개의 활성필라를 갖는 기판;A substrate having a plurality of active pillars; 상기 활성필라 각각을 에워싸는 환형의 수직 게이트 전극; An annular vertical gate electrode surrounding each of the active pillars; 상기 게이트전극과 활성필라 사이에 개재된 게이트절연막;A gate insulating layer interposed between the gate electrode and the active pillar; 이웃하는 상기 게이트전극들을 상호 연결시키는 워드라인;A word line interconnecting the adjacent gate electrodes; 상기 워드라인과 게이트전극 사이에 개재된 접착막; 및An adhesive film interposed between the word line and the gate electrode; And 상기 접착막과 게이트전극 사이에 개재된 제1불순물확산방지막A first impurity diffusion barrier layer interposed between the adhesive layer and the gate electrode 을 포함하는 반도체장치.A semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트전극과 게이트절연막 사이에 개재된 제2불순물확산방지막A second impurity diffusion prevention layer interposed between the gate electrode and the gate insulating film 을 더 포함하는 반도체장치.A semiconductor device further comprising. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 및 제2불순물확산방지막은 탄탈륨을 함유하는 전도성 물질인 반도체장치.And the first and second impurity diffusion preventing films are conductive materials containing tantalum. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2불순물확산방지막은 탄탈륨질화막(TaN) 또는 탄탈륨탄화질화막(TaCN)을 포함하는 반도체장치.The first and second impurity diffusion barrier layers include a tantalum nitride layer (TaN) or a tantalum carbonitride layer (TaCN). 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 워드라인은 텅스텐막(W)을 포함하고, 상기 접착막은 티타늄질화막(TiN)을 포함하는 반도체장치.The word line includes a tungsten film (W) and the adhesive film includes a titanium nitride film (TiN). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트전극은 금속성막을 포함하는 반도체장치.And the gate electrode comprises a metallic film. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 금속성막은 티타늄질화막을 포함하는 반도체장치.The metallic film includes a titanium nitride film. 기판 상에 복수개의 활성필라를 형성하는 단계;Forming a plurality of active pillars on the substrate; 상기 활성필라를 포함하는 기판 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a gate insulating film on a surface of the substrate including the active pillar; 상기 게이트절연막 상에 상기 활성필라 각각을 에워싸는 환형의 게이트전극을 형성하는 단계;Forming an annular gate electrode surrounding each of the active pillars on the gate insulating layer; 상기 게이트전극을 포함한 전면에 불순물확산방지막을 형성하는 단계;Forming an impurity diffusion barrier on the entire surface including the gate electrode; 상기 불순물확산방지막 상에 접착막을 형성하는 단계; 및Forming an adhesive film on the impurity diffusion barrier; And 상기 접착막 상에 이웃하는 상기 게이트 전극을 상호 연결시키는 워드라인을 형성하는 단계Forming a word line on the adhesive layer to interconnect the adjacent gate electrodes 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 워드라인을 형성하는 단계는,Forming the word line, 상기 접착막을 포함한 전면에 상기 워드라인으로 사용되는 도전막을 증착하는 단계;Depositing a conductive film used as the word line on the entire surface including the adhesive film; 상기 도전막, 접착막 및 불순물확산방지막을 동시에 에치백하는 단계Simultaneously etching back the conductive film, the adhesive film and the impurity diffusion preventing film 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 워드라인은 텅스텐막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.And the word line comprises a tungsten film. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 불순물확산방지막은 탄탈륨질화막 또는 탄탈륨탄화질화막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The impurity diffusion preventing film includes a tantalum nitride film or a tantalum nitride nitride film. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 접착막은 티타늄질화막을 포함하고, 상기 불순물확산방지막은 탄탈륨이 함유된 전도성물질을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The adhesive film includes a titanium nitride film, and the impurity diffusion preventing film comprises a conductive material containing tantalum. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 이용한 순차적가스공급증착법(SFD)을 이용하여 증착하는 반도체장치 제조 방법.The titanium nitride film is deposited using a sequential gas supply deposition method using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ). 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 13, 상기 게이트전극은 금속성막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.And the gate electrode comprises a metallic film. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 금속성막은 티타늄질화막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.And the metallic film comprises a titanium nitride film. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 이용한 순차적가스공급증착법(SFD)을 이용하여 증착하는 반도체장치 제조 방법.The titanium nitride film is deposited using a sequential gas supply deposition method using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ). 기판 상에 복수개의 활성필라를 형성하는 단계;Forming a plurality of active pillars on the substrate; 상기 활성필라를 포함하는 기판 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a gate insulating film on a surface of the substrate including the active pillar; 상기 게이트절연막 상에 제1불순물확산방지막과 게이트도전막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a first impurity diffusion prevention film and a gate conductive film on the gate insulating film; 상기 게이트도전막을 선택적으로 식각하여 상기 활성필라 각각을 에워싸는 환형의 게이트전극을 형성하는 단계;Selectively etching the gate conductive layer to form an annular gate electrode surrounding each of the active pillars; 상기 게이트전극을 포함한 전면에 제2불순물확산방지막을 형성하는 단계;Forming a second impurity diffusion barrier on the entire surface including the gate electrode; 상기 제2불순물확산방지막 상에 접착막을 형성하는 단계; 및Forming an adhesive film on the second impurity diffusion preventing film; And 상기 접착막 상에 이웃하는 상기 게이트 전극을 상호 연결시키는 워드라인을 형성하는 단계Forming a word line on the adhesive layer to interconnect the adjacent gate electrodes 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 워드라인을 형성하는 단계는,Forming the word line, 상기 접착막을 포함한 전면에 상기 워드라인으로 사용되는 도전막을 증착하는 단계;Depositing a conductive film used as the word line on the entire surface including the adhesive film; 상기 도전막, 접착막 및 제2불순물확산방지막을 동시에 에치백하는 단계Simultaneously etching back the conductive film, the adhesive film, and the second impurity diffusion preventing film. 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 워드라인은 텅스텐막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.And the word line comprises a tungsten film. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제2불순물확산방지막은 탄탈륨질화막 또는 탄탈륨탄화질화막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The second impurity diffusion preventing film includes a tantalum nitride film or a tantalum carbonitride film. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 접착막은 티타늄질화막을 포함하고, 상기 제2불순물확산방지막은 탄탈륨이 함유된 전도성물질을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The adhesive film includes a titanium nitride film, and the second impurity diffusion prevention film comprises a conductive material containing tantalum. 제21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 이용한 순차적가스공급증착법(SFD)을 이용하여 증착하는 반도체장치 제조 방법.The titanium nitride film is deposited using a sequential gas supply deposition method using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ). 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 17 to 22, 상기 게이트전극을 형성하는 단계는 상기 게이트도전막과 제1불순물확산방지막을 동시에 에치백하는 반도체장치 제조 방법.The forming of the gate electrode may include etching back the gate conductive film and the first impurity diffusion preventing film simultaneously. 제23항에 있어서,24. The method of claim 23, 상기 게이트전극은 티타늄질화막을 포함하고, 상기 제1불순물확산방지막은 탄탈륨이 함유된 전도성물질을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The gate electrode includes a titanium nitride film, and the first impurity diffusion prevention film comprises a conductive material containing tantalum. 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 제2불순물확산방지막은 탄탈륨질화막 또는 탄탈륨탄화질화막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The second impurity diffusion preventing film includes a tantalum nitride film or a tantalum carbonitride film. 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 티타늄질화막은 사염화티타늄가스(TiCl4)를 이용한 순차적가스공급증착법(SFD)을 이용하여 증착하는 반도체장치 제조 방법.The titanium nitride film is deposited using a sequential gas supply deposition method using titanium tetrachloride gas (TiCl 4 ).
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