KR20110003040A - Method for forming self aligned contact in semiconductor device with buried gate - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device self aligning contact forming method is provided to minimize the substrate loss and increase the open margin of a contact area by using the poly silicon layer as the hard mask which is used in the buried gate forming process. CONSTITUTION: A first trench is formed by etching a substrate(31) with the hard mask as the etching barrier. An element isolation film(35) which fills the first trench is formed. A second trench is formed by etching the substrate and the element isolation film using the hard mask layer as the etching barrier. A buried gate(38A) filling the second trench is formed.

Description

매립게이트를 구비한 반도체장치의 자기정렬콘택 형성 방법{METHOD FOR FORMING SELF ALIGNED CONTACT IN SEMICONDUCTOR DEVICE WITH BURIED GATE}METHOD FOR FORMING SELF ALIGNED CONTACT IN SEMICONDUCTOR DEVICE WITH BURIED GATE}

본 발명은 반도체장치 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 매립게이트를 구비한 반도체장치의 자기정렬콘택 형성 방법에 관한 것이다.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 self-aligned contact of a semiconductor device having a buried gate.

60nm 이하의 DRAM 공정에서 셀에서의 트랜지스터의 집적도를 증가시키고 공정 단순화 및 누설 특성과 같은 소자 특성을 향상시키기 위해 매립게이트(Buried Gate)를 형성하는 것이 필수적이다. In DRAM processes below 60nm, it is necessary to form buried gates to increase the integration of transistors in the cell and to improve device characteristics such as process simplification and leakage characteristics.

매립게이트 제조 방법은 트렌치(Trench)를 형성하고 트렌치 내부에 게이트를 매립하는 방식으로 진행하므로써 비트라인과 게이트간의 간섭을 최소화하고 적층되는 막(Film Stack)의 수를 감소시킬 수 있으며, 또한 전체 셀의 캐패시턴스(Capacitance)를 감소시켜 리프레시(Refresh) 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The buried gate manufacturing method proceeds by forming a trench and filling a gate in the trench, thereby minimizing interference between the bit line and the gate, and reducing the number of film stacks. There is an advantage to improve the refresh characteristics by reducing the capacitance (Capacitance) of.

도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 매립게이트를 구비한 반도체장치의 제 조 방법을 도시한 도면이다.1A to 1E illustrate a method of manufacturing a semiconductor device having a buried gate according to the related art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 기판(11)에 소자분리막(12)을 형성한다.As shown in FIG. 1A, the device isolation layer 12 is formed on the substrate 11 in which the cell region and the peripheral region are defined.

이어서, 하드마스크막(13)을 이용하여 셀영역의 기판을 식각하여 트렌치(14)를 형성한 후 제1게이트절연막(15)을 형성한다. 이어서, 제1게이트절연막(15) 상에 트렌치를 일부 매립하는 매립게이트(16)를 형성한다.Subsequently, the trench 14 is formed by etching the substrate of the cell region using the hard mask layer 13, and then the first gate insulating layer 15 is formed. Subsequently, a buried gate 16 may be formed on the first gate insulating layer 15 to partially fill the trench.

도 1b에 도시된 바와 같이, 하드마스크막(13)을 제거한 후에 매립게이트(16) 상부를 실링하는 실링막(17)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, after removing the hard mask layer 13, a sealing layer 17 is formed to seal the upper portion of the buried gate 16.

이어서, 실링막(17)이 셀영역에만 잔류하도록 주변영역오픈(Peri Open) 공정을 진행한다.Subsequently, a peripheral area open process is performed such that the sealing film 17 remains only in the cell area.

이어서, 주변영역에 대해 게이트산화 공정을 통해 제2게이트절연막(18)을 형성한다.Subsequently, the second gate insulating layer 18 is formed in the peripheral region through a gate oxidation process.

도 1c에 도시된 바와 같이, 제2게이트절연막(18) 상에 게이트도전막(19)을 형성한 후, 셀영역에 비트라인콘택을 위한 비트라인콘택홀(20) 공정을 진행한다.As shown in FIG. 1C, after the gate conductive layer 19 is formed on the second gate insulating layer 18, a bit line contact hole 20 process for bit line contact is performed in the cell region.

도 1d에 도시된 바와 같이, 비트라인콘택홀을 매립하도록 기판의 전면에 금속막을 증착한 후, 금속막 상에 하드마스크막을 형성한다.As shown in FIG. 1D, a metal film is deposited on the entire surface of the substrate to fill the bit line contact hole, and then a hard mask film is formed on the metal film.

이어서, 게이트식각을 진행한다. 게이트식각은 하드마스크막, 금속막 및 게이트도전막을 식각하는 공정이며, 이에 따라 주변영역에는 제2게이트절연막(18) 상에 게이트도전막(19), 게이트금속막(21B) 및 게이트하드마스크막(22B)의 순서로 적층되는 주변영역의 트랜지스터를 위한 게이트(이하, '페리게이트'라 약칭함)(PG)가 완성된다. 위와 같은 페리게이트(PG) 형성시에 셀영역에서는 비트라인콘택을 겸하는 비트라인배선막(21A)과 비트라인하드마스크막(22A)의 순서로 적층되는 비트라인(BL)이 형성된다. Subsequently, gate etching is performed. The gate etching is a process of etching the hard mask film, the metal film and the gate conductive film. Accordingly, the gate conductive film 19, the gate metal film 21B and the gate hard mask film are formed on the second gate insulating film 18 in the peripheral region. A gate (hereinafter, abbreviated as “fergate”) PG for transistors in the peripheral region stacked in the order of 22B is completed. When the ferrite PG is formed as described above, a bit line BL is formed in the cell region in the order of the bit line wiring layer 21A and the bit line hard mask layer 22A, which serve as bit line contacts.

도 1e에 도시된 바와 같이, 전면에 층간절연막(23)을 형성한다. 이어서, 층간절연막(23)을 식각하여 셀영역에 스토리지노드콘택(Storage Node Contact, 24)을 형성하기 위한 콘택 공정을 진행한다.As shown in FIG. 1E, an interlayer insulating film 23 is formed on the entire surface. Subsequently, a contact process for etching the interlayer insulating layer 23 to form a storage node contact 24 in the cell region is performed.

상술한 종래기술은 셀영역에 매립게이트(16)를 형성한 이후에 셀영역에 실링막(17)을 이용하여 매립게이트(16)의 산화를 방지하기 위한 실링(Sealing) 공정을 진행한다. 그 다음 주변영역 만을 오픈하여 주변영역의 트랜지스터를 형성하기 위한 게이트산화(Gate Oxidation) 및 게이트도전막 증착 공정이 진행된다. 그 다음 다시 셀영역을 오픈하여 비트라인콘택홀을 형성하기 위한 콘택 식각 공정을 진행한다.In the above-described conventional technique, after the buried gate 16 is formed in the cell region, a sealing process is performed to prevent oxidation of the buried gate 16 using the sealing film 17 in the cell region. Then, gate oxide and gate conductive film deposition processes are performed to open only the peripheral region to form transistors in the peripheral region. Then, the cell region is opened again to perform a contact etching process for forming a bit line contact hole.

그러나, 종래기술은 실링막(17)이 셀영역을 실링하고는 있지만 주변영역에서 제2게이트절연막(18)을 형성하기 위한 게이트산화 공정을 진행할 때 산소소스에 의해 매립게이트(16)가 산화되는 것을 방지하는데 한계가 있다(도 1b의 도면부호 'A').However, in the related art, although the sealing film 17 seals the cell region, the buried gate 16 is oxidized by an oxygen source when the gate oxidation process for forming the second gate insulating film 18 is performed in the peripheral region. There is a limit to the prevention (reference 'A' in Fig. 1b).

또한, 셀영역에서 비트라인(BL)을 형성한 다음에 스토리지노드콘택(24)이 형성되기 때문에 스토리지노드콘택(24)을 형성하기 위한 콘택오픈면적(Contact Open Area)을 확보하기 어렵다. 아울러, 콘택오픈면적이 좁아 스토리지노드콘택과 기판 간의 계면 저항이 증가하는 문제점이 있다. In addition, since the storage node contact 24 is formed after the bit line BL is formed in the cell region, it is difficult to secure a contact open area for forming the storage node contact 24. In addition, there is a problem in that the interface open area between the storage node contact and the substrate increases due to a narrow contact open area.

그리고, 종래기술은 스토리지노드콘택 또는 비트라인콘택 공정 진행 시에 과도식각(Over Etch)으로 인한 기판의 손실(도 1c의 도면부호 'B' 참조)로 각 콘택과 매립게이트간의 GIDL(Gate Induced Drain Leakage)이 증가하고 자기정렬콘택 페일(Self Aligned Contact Fail) 가능성이 증가하는 문제점이 있다. In addition, the prior art is a GIDL (Gate Induced Drain) between each contact and the buried gate due to the loss of the substrate (see reference numeral 'B' in Figure 1c) due to the over-etch during the storage node contact or bit line contact process Leakage is increased and the possibility of self-aligned contact fail is increased.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 후속 공정에 따른 매립게이트의 산화를 방지할 수 있는 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the problems according to the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing oxidation of a buried gate according to a subsequent process.

또한, 본 발명의 다른 목적은 매립게이트 이후의 콘택영역의 오픈면적을 증가시켜 콘택저항을 감소시킬 수 있는 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the contact resistance by increasing the open area of the contact region after the buried gate.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 콘택영역을 형성하기 위한 콘택식각에 따른 기판 손실을 방지할 수 있는 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent the loss of the substrate due to the contact etching for forming the contact region.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 기판 상에 하드마스크막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a hard mask film on a substrate; Etching the substrate using the hard mask layer as an etch barrier to form a first trench; Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; Forming a second trench by etching the substrate and the device isolation layer using the hard mask layer as an etch barrier; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Removing the hard mask layer to open a contact region; And forming a landing plug to fill the contact region.

또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 기판 상에 패드산화막과 하드마스 크막이 적층된 식각장벽막을 형성하는 단계; 상기 식각장벽막을 이용한 상기 기판의 식각을 통해 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치의 측벽에 측벽산화막과 라이너질화막을 적층하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 식각장벽막과 측벽산화막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of forming an etching barrier film in which a pad oxide film and a hard mask film are stacked on a substrate; Forming a first trench by etching the substrate using the etching barrier layer; Stacking a sidewall oxide layer and a liner nitride layer on sidewalls of the first trenches; Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; Etching the substrate and the isolation layer to form a second trench; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Opening the contact region by removing the etch barrier layer and the sidewall oxide layer; And forming a landing plug to fill the contact region.

또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 셀영역과 주변영역이 정의된 기판 상에 게이트절연막과 게이트도전막을 적층하는 단계; 상기 게이트도전막을 식각장벽으로 하여 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 게이트도전막을 하드마스크로 하여 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 상기 셀영역에 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 셀영역의 게이트도전막과 게이트절연막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of: laminating a gate insulating film and a gate conductive film on a substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; Etching the substrate using the gate conductive layer as an etch barrier to form a first trench; Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; Etching the substrate and the device isolation layer using the gate conductive layer as a hard mask to form a second trench in the cell region; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Removing the gate conductive film and the gate insulating film of the cell region to open a contact region; And forming a landing plug to fill the contact region.

또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 셀영역과 주변영역이 정의된 기판 상에 패드산화막과 하드마스크막을 적층하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치를 갭필하 는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 상기 셀영역에 제2트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계; 상기 주변영역의 하드마스크막과 패드산화막을 제거하는 단계; 상기 주변영역의 기판 상에 게이트절연막과 게이트도전막을 적층하는 단계; 상기 셀영역의 하드마스크막과 패드산화막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of: laminating a pad oxide film and a hard mask film on a substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; Forming a first trench by etching the substrate using the hard mask layer as an etch barrier; Forming an isolation layer for gap filling the first trench; Etching the substrate and the device isolation layer using the hard mask layer as an etch barrier to form a second trench in the cell region; Forming a buried gate partially filling the second trench; Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; Removing the hard mask layer and the pad oxide layer in the peripheral region; Stacking a gate insulating film and a gate conductive film on the substrate in the peripheral region; Opening the contact region by removing the hard mask layer and the pad oxide layer in the cell region; And forming a landing plug to fill the contact region.

상술한 본 발명은 소자분리공정 및 매립게이트 형성 공정에서 사용되는 하드마스크로서 폴리실리콘막을 적용하고 매립게이트를 형성한 이후에 이를 제거함으로써 후속 공정에서 기판의 손실을 최소화할 수 있으며, 또한 콘택 저항 개선 및 콘택영역의 오픈마진을 증가시킬 수 있다.The present invention described above can minimize the loss of the substrate in a subsequent process by applying a polysilicon film as a hard mask used in the device isolation process and the buried gate forming process and removing the buried gate after forming it, and also improving contact resistance. And increase the open margin of the contact area.

또한 주변영역의 게이트도전막을 형성하는 공정을 소자분리공정 이전으로 이동하여 진행할 수 있기 때문에 주변영역의 게이트도전막을 따로 형성하는 공정을 제거하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 주변영역의 게이트산화 공정에서 발생할 수 있는 매립게이트의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be moved before the device isolation process, the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be eliminated to simplify the process. There is an effect that can prevent the oxidation of the buried gate.

아울러, 본 발명은 주변영역의 게이트도전막을 먼저 형성하는 주변영역 게이트 전치 구조 또는 주변영역 게이트 후치 구조에서 모두 셀비트라인과 주변영역의 게이트를 동시에 효율적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that both the cell bit line and the gate of the peripheral region can be efficiently formed simultaneously in the peripheral region gate pre-structure or the peripheral region gate post-structure for forming the gate conductive film of the peripheral region first.

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 첨부 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. .

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다. 제1실시예는 주변영역의 게이트도전막을 먼저 형성하는 전치구조이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention. The first embodiment is a transposition structure in which the gate conductive film of the peripheral region is first formed.

도 2a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 기판(31)에 패드산화막(32)과 하드마스크폴리실리콘막(33)을 적층한다. 여기서, 패드산화막(32)은 셀영역에서는 패드막으로 사용하고, 주변영역에서는 게이트산화막으로 사용된다. 하드마스크폴리실리콘막(33)은 셀영역에서는 하드마스크막으로 사용하고, 주변영역에서는 게이트도전막으로 사용된다. 주변영역에서 게이트도전막으로 사용하기 위해 하드마스크폴리실리콘막(33)에는 불순물이 이온주입될 수 있고, 600∼1500Å 두께를 갖고 형성될 수 있다. 또한, 주변영역에서 게이트도전막으로 사용하는 경우 패드산화막(32)을 형성하기 전에 주변영역에서는 채널영역을 형성하기 위한 불순물의 도핑 공정이 미리 진행될 수 있다.As shown in FIG. 2A, a pad oxide film 32 and a hard mask polysilicon film 33 are stacked on a substrate 31 having a cell region and a peripheral region defined therein. Here, the pad oxide film 32 is used as a pad film in the cell region and as a gate oxide film in the peripheral region. The hard mask polysilicon film 33 is used as a hard mask film in the cell region and as a gate conductive film in the peripheral region. Impurities may be ion implanted into the hard mask polysilicon layer 33 to be used as the gate conductive layer in the peripheral region, and may be formed to have a thickness of 600 to 1500 Å. In the case of using the gate conductive film as a gate conductive film in the peripheral region, a doping process of an impurity for forming a channel region may be performed in advance in the peripheral region before the pad oxide film 32 is formed.

다른 실시예에서, 하드마스크폴리실리콘막(33) 상에 하드마스크질화막을 더 형성할 수 있다. 주변영역에 형성되는 하드마스크폴리실리콘막(33)은 후속 공정에 서 제거되지 않고 그대로 게이트도전막으로 사용된다. 따라서, 하드마스크폴리실리콘막(33)의 손상을 최소화 하기 위해서 하드마스크질화막을 더 형성하여 후속 소자분리막을 형성하기 위한 하드마스크로 적용한다. 이때, 하드마스크질화막은 후속 매립게이트의 분리 공정에서 완전히 제거되며, 제거되는 정도를 고려하여 300∼800Å 두께로 형성한다.In another embodiment, a hard mask nitride film may be further formed on the hard mask polysilicon film 33. The hard mask polysilicon film 33 formed in the peripheral region is used as the gate conductive film without being removed in a subsequent process. Therefore, in order to minimize damage to the hard mask polysilicon film 33, a hard mask nitride film is further formed and applied as a hard mask for forming a subsequent device isolation film. At this time, the hard mask nitride film is completely removed in a subsequent separation process of the buried gate, and is formed to a thickness of 300 ~ 800 Å in consideration of the degree of removal.

도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 진행한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(33)을 하드마스크로 사용하여 제1트렌치(34)를 형성한 후에 절연막을 갭필하여 소자분리막(35)을 형성한다. 소자분리막(35)은 유동성산화막(Flowable oxide)을 이용한 싱글 갭필(Single gapfill) 공정에 의해 형성할 수 있고, 또한 유동성산화막과 증착산화막의 조합도 가능하다. 유동성산화막은 SOD(Spin On Dielectric)를 포함하고, 증착산화막은 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 2B and 2C, a shallow trench isolation (STI) process is performed. That is, after forming the first trench 34 using the hard mask polysilicon film 33 as a hard mask, the insulating film is gap-filled to form the device isolation film 35. The device isolation layer 35 may be formed by a single gapfill process using a flowable oxide, and a combination of the flowable oxide film and the deposited oxide film may also be used. The flowable oxide film may include SOD (Spin On Dielectric), and the deposition oxide film may include a high density plasma oxide film (HDP Oxide).

소자분리막(35)을 형성하기 전에 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 통해 측벽산화막(35A)을 형성하고, 측벽산화막(35A) 상에 라이너질화막(Liner Nitride, 35B)을 형성할 수 있다.Before forming the device isolation layer 35, the sidewall oxide layer 35A may be formed through a wall oxidation process, and a liner nitride 35B may be formed on the sidewall oxide layer 35A.

도 2d에 도시된 바와 같이, 매립게이트마스크(도시 생략) 및 식각을 통해 셀영역에 제2트렌치(36)를 형성한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(33)과 패드산화막(32)을 식각한 후에 연속하여 기판(31)과 소자분리막(35)을 일정 깊이 식각하여 제2트렌치(36)를 형성한다. 제2트렌치(36) 형성시에 하드마스크폴리실리콘막(33)이 하드마스크로 사용된다.As shown in FIG. 2D, the second trench 36 is formed in the cell region through a buried gate mask (not shown) and etching. That is, after the hard mask polysilicon layer 33 and the pad oxide layer 32 are etched, the second trench 36 is formed by sequentially etching the substrate 31 and the device isolation layer 35. The hard mask polysilicon film 33 is used as a hard mask at the time of forming the second trench 36.

도 2e에 도시된 바와 같이, 제2트렌치(36)의 표면 상에 게이트절연막(37)을 형성한다. 게이트절연막(37)은 셀영역의 트랜지스터를 위한 게이트절연막으로서, 이하 설명의 편의상 '셀게이트절연막(37)'이라 약칭하기로 한다.As shown in FIG. 2E, a gate insulating film 37 is formed on the surface of the second trench 36. The gate insulating film 37 is a gate insulating film for transistors in the cell region, and will be abbreviated as "cell gate insulating film 37" for convenience of description below.

이어서, 셀게이트절연막(37) 상에 제2트렌치(36)를 갭필하도록 전면에 금속막(38)을 증착한다. 금속막(38)은 티타늄질화막(TiN), 탄탈륨질화막(TaN), 텅스텐막(W) 등을 포함한다. 예컨대, 저항을 낮추기 위해 티타늄질화막(또는 탄탈륨질화막)을 컨포멀(Conformal)하게 얇게 증착한 후 텅스텐막을 갭필하여 형성할 수 있다. 또한, 티타늄질화막과 탄탈륨질화막을 적층하여 형성하거나, 또는 티타늄질화막, 탄탈륨질화막 및 텅스텐막을 차례로 적층하여 형성할 수도 있다. 이때, 티타늄질화막은 20∼80Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, a metal film 38 is deposited on the entire surface of the cell gate insulating film 37 so as to gap-fill the second trench 36. The metal film 38 includes a titanium nitride film TiN, a tantalum nitride film TaN, a tungsten film W, or the like. For example, in order to lower the resistance, the titanium nitride film (or tantalum nitride film) may be formed by conformally thinly depositing a tungsten film. In addition, the titanium nitride film and the tantalum nitride film may be formed by laminating, or the titanium nitride film, the tantalum nitride film, and the tungsten film may be sequentially formed. At this time, the titanium nitride film is preferably formed to a thickness of 20 to 80 kPa.

이어서, 하드마스크폴리실리콘막(33)의 표면이 드러나도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 방법을 이용하여 금속막(38)을 평탄화한 후 연속하여 에치백을 진행하여 제2트렌치(36)를 일부 매립하는 매립게이트(38A)를 형성한다. 매립게이트(38A)의 표면은 기판(31)의 표면보다 낮은 높이를 가질 수 있다.Subsequently, the metal film 38 is planarized using a chemical mechanical polishing (CMP) method to expose the surface of the hard mask polysilicon film 33, and then the second trench 36 is continuously etched back. A portion of the buried gate 38A is buried. The surface of the buried gate 38A may have a height lower than that of the substrate 31.

도 2f에 도시된 바와 같이, 매립게이트(38A) 상부를 실링하는 실링막(39)을 형성한다. 여기서, 실링막(39)은 산화막, 질화막 또는 질화막과 산화막의 적층구조 중에서 선택될 수 있다. 예컨대, 실링질화막(39A)을 얇게 실링한 후에 SOD 등의 실링산화막(39B)을 갭필하여 형성할 수 있다. 바람직하게, 주변영역에서 게이트절연막 역할을 하는 패드산화막이 형성되어 있으므로 산화 위험이 적기 때문에 실링질화막은 생략해도 되고, 이에 따라 공정이 단순해진다.As shown in FIG. 2F, a sealing film 39 for sealing the upper portion of the buried gate 38A is formed. Here, the sealing film 39 may be selected from an oxide film, a nitride film or a stacked structure of the nitride film and the oxide film. For example, after sealing the sealing nitride film 39A thinly, the sealing oxide film 39B such as SOD can be formed by gap filling. Preferably, since the pad oxide film serving as the gate insulating film is formed in the peripheral region, the sealing nitride film may be omitted since the risk of oxidation is small, thereby simplifying the process.

이어서, 하드마스크폴리실리콘막(33)의 표면이 드러나도록 실링막(39)을 분리시킨다. 이와 같은 실링막(39)의 분리 공정은 CMP 또는 에치백을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 CMP를 적용하는 경우가 웨이퍼 균일도나 하부층의 손실 방지 측면에서 유리하다.Next, the sealing film 39 is separated so that the surface of the hard mask polysilicon film 33 is exposed. The separation process of the sealing film 39 may use CMP or etch back. Preferably, CMP is advantageous in terms of wafer uniformity or prevention of loss of underlying layers.

도 2g에 도시된 바와 같이, 마스크(도시 생략)를 이용하여 셀영역을 오픈시킨 후에 하드마스크폴리실리콘막(33)과 패드산화막(32)을 제거한다. 이에 따라, 주변영역에만 게이트절연막으로 사용하는 패드산화막(32A)과 게이트도전막으로 사용되는 하드마스크폴리실리콘막(33A)이 잔류한다. 이하, 패드산화막을 '페리게이트절연막(32A)'이라 하고, 하드마스크폴리실리콘막(33A)을 '게이트폴리실리콘막(33A)'라 한다. 셀영역에서는 실링막(39) 사이에 랜딩플러그가 형성될 콘택영역(40)이 오픈된다.As shown in FIG. 2G, after the cell region is opened using a mask (not shown), the hard mask polysilicon layer 33 and the pad oxide layer 32 are removed. As a result, the pad oxide film 32A used as the gate insulating film and the hard mask polysilicon film 33A used as the gate conductive film remain only in the peripheral region. Hereinafter, the pad oxide film is referred to as a 'ferrigate insulating film 32A', and the hard mask polysilicon film 33A is referred to as a 'gate polysilicon film 33A'. In the cell region, the contact region 40 in which the landing plug is to be formed between the sealing films 39 is opened.

하드마스크폴리실리콘막을 제거하는 공정은 질산과 플루오르화산의 혼합용액을 이용한 습식공정이나 플라즈마를 이용한 건식식각 모두 가능하다. 패드산화막은 습식공정을 통해 제거할 수 있다. 패드산화막 제거시에 측벽산화막(35A)도 일부 제거되는데, 라이너질화막(35B)에 의해 더이상 습식식각이 진행되지 않아 오픈되는 콘택영역(40)의 넓이를 일정한 양만 제어할 수 있다. 이 콘택영역(40)에 후속 공정에서 랜딩플러그가 매립되는데, 만약 라이너질화막(35B)에서 습식식각이 정지하는 조건이 아니라면 콘택영역(40)이 넓어져서 이웃하는 콘택영역간 브릿지(Bridge) 가능성이 높기 때문에 이를 제어할 수 있는 공정을 라이너질화막(35B)으로 확보할 수 있다.The process of removing the hard mask polysilicon film can be performed either by a wet process using a mixed solution of nitric acid and fluoric acid or by dry etching using a plasma. The pad oxide film can be removed through a wet process. When the pad oxide film is removed, a portion of the sidewall oxide film 35A is also removed. The wet etching is no longer performed by the liner nitride film 35B, so that only a predetermined amount of the area of the contact region 40 opened can be controlled. The landing plug is embedded in the contact region 40 in a subsequent process. If the wet etching stops at the liner nitride film 35B, the contact region 40 is widened to increase the possibility of bridging between neighboring contact regions. Therefore, a process capable of controlling this can be ensured with the liner nitride film 35B.

이러한 방식으로 패드산화막을 제거하게 되면 도 4에 도시된 바와 같이, 측벽산화막(35A)이 있었던 부분만큼 콘택영역(40)의 오픈면적이 증가하게 된다. 콘택영역(40)의 오픈면적 증가는 후속 스토리지노드콘택 공정에서 오픈마진(Open Margin)을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. When the pad oxide film is removed in this manner, as shown in FIG. 4, the open area of the contact region 40 increases as much as the portion of the sidewall oxide film 35A. Increasing the open area of the contact area 40 has the advantage of increasing the open margin in the subsequent storage node contact process.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘택영역의 오픈면적을 설명하기 위한 도면으로서, 후속 셀비트라인(BL)까지 고려하여 도시하고 있다.FIG. 4 is a view for explaining an open area of a contact area according to an exemplary embodiment of the present invention, and shows the subsequent cell bit line BL.

종래기술로 진행하게 되면 셀비트라인을 형성한 다음 스토리지노드콘택 공정이 진행되기 때문에 스토리지노드콘택의 높이가 높아지고 또한 스토리지노드콘택이 형성될 기판의 면적이 좁기 때문에 스토리지노드콘택을 형성하기 위한 면적이 줄어들어 스토리지노드콘택저항이 증가하고 낫오픈 또는 오픈시키기 위한 과도식각(Over Etch)으로 스토리지노드콘택과 매립게이트간 자기정렬콘택 페일의 가능성이 높아지게 된다.According to the prior art, since the storage node contact process is performed after forming the cell bit line, the height of the storage node contact is increased and the area of the substrate on which the storage node contact is to be formed is narrow, so that the area for forming the storage node contact is increased. The shrinkage increases storage node contact resistance and increases the likelihood of self-aligned contact failing between storage node contacts and buried gates due to over etching to open or open.

도 2h에 도시된 바와 같이, 콘택영역(40)을 채울때까지 전면에 플러그도전막을 증착한 후 실링막(39)의 표면이 드러나도록 플러그 분리 공정을 진행한다. 이에 따라, 자기정렬된(Self aligned) 랜딩플러그(41)가 형성된다.As shown in FIG. 2H, the plug conductive film is deposited on the entire surface until the contact region 40 is filled, and then the plug separation process is performed so that the surface of the sealing film 39 is exposed. As a result, a self aligned landing plug 41 is formed.

콘택영역을 형성하기 위한 콘택식각 공정이 없기 때문에 기판의 손실을 최소한으로 유지할 수 있어 랜딩플러그(41)와 매립게이트(38A)간의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 콘택영역 오픈시 측벽산화막까지 제거하므로써 콘택영역 아래의 기판을 최대한으로 활용할 수 있기 때문에 콘택 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. Since there is no contact etching process for forming a contact region, the loss of the substrate can be kept to a minimum, thereby minimizing interference between the landing plug 41 and the buried gate 38A. In addition, since the sidewall oxide film is removed when the contact region is opened, the contact resistance can be lowered because the substrate under the contact region can be utilized to the maximum.

랜딩플러그(41)로 사용되는 플러그도전막은 금속막 또는 폴리실리콘막을 사 용할 수 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 폴리실리콘막을 증착할 수도 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 금속막을 증착할 수도 있다.The plug conductive film used as the landing plug 41 may use a metal film or a polysilicon film. In addition, after the epitaxial silicon film is grown through selective epitaxial growth (SEG), the polysilicon film may be deposited. In addition, after the epitaxial silicon film is grown through selective epitaxial growth (SEG), a metal film may be deposited.

후속하여 셀영역에서의 비트라인 공정 및 주변영역에서의 게이트(페리게이트) 형성 공정이 진행된다.Subsequently, a bit line process in a cell region and a gate (ferrigate) formation process in a peripheral region are performed.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

제2실시예는 주변영역의 게이트도전막을 나중에 형성하는 후치구조이다.The second embodiment is a post structure in which a gate conductive film in the peripheral region is later formed.

주변영역의 게이트도전막을 소자분리막 형성 이전에 완료 하였을 경우 셀영역의 후속 공정에서 발생하는 열(Thermal)에 의해서 주변영역의 게이트도전막(특히, 불순물이 도핑된 폴리실리콘막)의 도핑된 불순물이 확산될 수 있다. 이를 방지하기 위해 매립게이트를 형성한 이후에 주변영역의 게이트도전막을 형성한다.When the gate conductive film of the peripheral region is completed before the device isolation layer is formed, doped impurities of the gate conductive film (particularly, the polysilicon film doped with impurities) of the gate conductive film of the peripheral region are prevented by the heat generated in a subsequent process of the cell region. Can be diffused. In order to prevent this, the gate conductive film of the peripheral region is formed after the buried gate is formed.

도 3a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 기판(51)에 패드산화막(52)과 하드마스크폴리실리콘막(53)을 적층한다. 여기서, 패드산화막(52)은 셀영역에서는 패드막으로 사용하고, 주변영역에서는 게이트산화막으로 사용된다. 하드마스크폴리실리콘막(53)은 셀영역에서는 하드마스크막으로 사용하고, 제1실시예와 다르게 주변영역에서 게이트도전막으로 사용되지는 않는다. 주변영역에서 게이트도전막으로 사용되지 않으므로 하드마스크폴리실리콘막(33)에는 불순물이 이온주입되지 않는다. As shown in FIG. 3A, a pad oxide film 52 and a hard mask polysilicon film 53 are stacked on a substrate 51 having a cell region and a peripheral region defined therein. Here, the pad oxide film 52 is used as a pad film in the cell region and as a gate oxide film in the peripheral region. The hard mask polysilicon film 53 is used as a hard mask film in the cell region, and unlike the first embodiment, it is not used as a gate conductive film in the peripheral region. Since it is not used as a gate conductive film in the peripheral region, impurities are not implanted into the hard mask polysilicon film 33.

다른 실시예에서, 하드마스크폴리실리콘막(33) 상에 하드마스크질화막을 더 형성할 수 있다. 하드마스크폴리실리콘막(33)의 손상을 최소화 하기 위해서 하드마스크질화막을 더 형성하여 후속 소자분리막을 형성하기 위한 하드마스크로 적용한다. 이때, 하드마스크질화막은 후속 셀게이트의 분리 공정에서 완전히 제거되며, 제거되는 정도를 고려하여 300∼800Å 두께로 형성한다.In another embodiment, a hard mask nitride film may be further formed on the hard mask polysilicon film 33. In order to minimize damage of the hard mask polysilicon layer 33, a hard mask nitride layer is further formed and applied as a hard mask for forming a subsequent device isolation layer. At this time, the hard mask nitride film is completely removed in a subsequent cell gate separation process, and is formed to have a thickness of 300 to 800 Å in consideration of the degree of removal.

도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 진행한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(53)을 하드마스크로 사용하여 제1트렌치(54)를 형성한 후에 절연막을 갭필하여 소자분리막(55)을 형성한다. 소자분리막(55)은 유동성산화막(Flowable oxide)을 이용한 싱글 갭필(Single gapfill) 공정에 의해 형성할 수 있고, 또한 유동성산화막과 증착산화막의 조합도 가능하다. 유동성산화막은 SOD(Spin On Dielectric)를 포함하고, 증착산화막은 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 3B and 3C, a shallow trench isolation (STI) process is performed. That is, after forming the first trench 54 using the hard mask polysilicon film 53 as a hard mask, the insulating film is gap-filled to form the device isolation film 55. The device isolation layer 55 may be formed by a single gapfill process using a flowable oxide, and a combination of the flowable oxide film and the deposited oxide film may also be used. The flowable oxide film may include SOD (Spin On Dielectric), and the deposition oxide film may include a high density plasma oxide film (HDP Oxide).

소자분리막(35)을 형성하기 전에 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 통해 측벽산화막(55A)을 형성하고, 측벽산화막(55A) 상에 라이너질화막(Liner Nitride, 55B)을 형성할 수 있다.Before forming the device isolation layer 35, the sidewall oxide layer 55A may be formed through a wall oxidation process and a liner nitride layer 55B may be formed on the sidewall oxide layer 55A.

도 3d에 도시된 바와 같이, 매립게이트마스크(도시 생략) 및 식각을 통해 셀영역에 제2트렌치(56)를 형성한다. 즉, 하드마스크폴리실리콘막(53)과 패드산화막(52)을 식각한 후에 연속하여 기판(51)과 소자분리막(55)을 일정 깊이 식각하여 제2트렌치(56)를 형성한다. 제2트렌치(56) 형성시에 하드마스크폴리실리콘막(53)이 하드마스크로 사용된다.As shown in FIG. 3D, a second trench 56 is formed in the cell region through a buried gate mask (not shown) and etching. That is, after the hard mask polysilicon layer 53 and the pad oxide layer 52 are etched, the second trench 56 is formed by sequentially etching the substrate 51 and the device isolation layer 55. The hard mask polysilicon film 53 is used as a hard mask at the time of forming the second trench 56.

도 3e에 도시된 바와 같이, 제2트렌치(56)의 표면 상에 게이트절연막(57)을 형성한다. 게이트절연막(57)은 셀영역의 트랜지스터를 위한 게이트절연막으로서, 이하 설명의 편의상 '셀게이트절연막(57)'이라 약칭하기로 한다.As shown in FIG. 3E, a gate insulating layer 57 is formed on the surface of the second trench 56. The gate insulating film 57 is a gate insulating film for transistors in the cell region, and will be abbreviated as 'cell gate insulating film 57' for convenience of description below.

이어서, 셀게이트절연막(57) 상에 제2트렌치(56)를 갭필하도록 전면에 금속막(58)을 증착한다. 금속막(58)은 티타늄질화막(TiN), 탄탈륨질화막(TaN), 텅스텐막(W) 등을 포함한다. 예컨대, 저항을 낮추기 위해 티타늄질화막(또는 탄탈륨질화막)을 컨포멀(Conformal)하게 얇게 증착한 후 텅스텐막을 갭필하여 형성할 수 있다. 또한, 티타늄질화막과 탄탈륨질화막을 적층하여 형성하거나, 또는 티타늄질화막, 탄탈륨질화막 및 텅스텐막을 차례로 적층하여 형성할 수도 있다. 이때, 티타늄질화막은 20∼80Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, a metal film 58 is deposited on the entire surface of the cell gate insulating film 57 so as to gap-fill the second trench 56. The metal film 58 includes a titanium nitride film TiN, a tantalum nitride film TaN, a tungsten film W, or the like. For example, in order to lower the resistance, the titanium nitride film (or tantalum nitride film) may be formed by conformally thinly depositing a tungsten film. In addition, the titanium nitride film and the tantalum nitride film may be formed by laminating, or the titanium nitride film, the tantalum nitride film, and the tungsten film may be sequentially formed. At this time, the titanium nitride film is preferably formed to a thickness of 20 to 80 kPa.

이어서, 하드마스크폴리실리콘막(53)의 표면이 드러나도록 CMP 등의 방법을 이용하여 금속막(58)을 평탄화한 후 연속하여 에치백을 진행하여 제2트렌치(56)를 일부 매립하는 매립게이트(58A)를 형성한다. 매립게이트(58A)의 표면은 기판(51)의 표면보다 낮은 높이를 가질 수 있다.Subsequently, the metal film 58 is planarized using a method such as CMP so that the surface of the hard mask polysilicon film 53 is exposed, and then the buried gate which partially fills the second trench 56 is etched back. 58A is formed. The surface of the buried gate 58A may have a height lower than that of the substrate 51.

도 3f에 도시된 바와 같이, 매립게이트(58A) 상부를 실링하는 실링막(59)을 형성한다. 여기서, 실링막(59)은 산화막, 질화막 또는 질화막과 산화막의 적층구조 중에서 선택될 수 있다. 예컨대, 실링질화막(59A)을 얇게 실링한 후에 SOD 등의 실링산화막(59B)을 갭필하여 형성할 수 있다. 바람직하게, 주변영역에서 게이트절연막 역할을 하는 패드산화막이 형성되어 있으므로 산화 위험이 적기 때문에 실링질화막은 생략해도 되고, 이에 따라 공정이 단순해진다.As shown in FIG. 3F, a sealing film 59 for sealing the upper portion of the buried gate 58A is formed. Here, the sealing film 59 may be selected from an oxide film, a nitride film or a stacked structure of the nitride film and the oxide film. For example, after sealing the sealing nitride film 59A thinly, the sealing oxide film 59B such as SOD can be formed by gap filling. Preferably, since the pad oxide film serving as the gate insulating film is formed in the peripheral region, the sealing nitride film may be omitted since the risk of oxidation is small, thereby simplifying the process.

이어서, 하드마스크폴리실리콘막(53)의 표면이 드러나도록 실링막(59)을 분리시킨다. 이와 같은 실링막(59)의 분리 공정은 CMP 또는 에치백을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 CMP를 적용하는 경우가 웨이퍼 균일도나 하부층의 손실 방지 측면에서 유리하다.Next, the sealing film 59 is separated so that the surface of the hard mask polysilicon film 53 is exposed. The separation process of the sealing film 59 may use CMP or etch back. Preferably, the CMP is advantageous in terms of wafer uniformity or prevention of loss of the lower layer.

도 3g에 도시된 바와 같이, 주변영역오픈마스크(도시 생략)를 이용하여 캡핑막(60)이 셀영역에만 잔류하도록 형성한 후에, 주변영역의 패드산화막과 하드마스크폴리실리콘막을 모두 제거한다. 이때, 주변영역에서는 소자분리막, 라이너질화막 및 측벽산화막도 일부 식각될 수 있다. 캡핑막(60)은 산화막, 질화막 또는 질화막과 산화막을 적층하여 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3G, after the capping layer 60 is formed to remain only in the cell region using a peripheral region open mask (not shown), both the pad oxide layer and the hard mask polysilicon layer in the peripheral region are removed. In this case, the device isolation layer, the liner nitride layer, and the sidewall oxide layer may be partially etched in the peripheral region. The capping film 60 may be formed by stacking an oxide film, a nitride film, or a nitride film with an oxide film.

도 3h에 도시된 바와 같이, 주변영역의 트랜지스터를 위한 게이트산화 공정을 진행하여 페리게이트절연막(61)을 형성한다. 이어서, 페리게이트절연막(61) 상에 게이트폴리실리콘막(62)을 증착한 후 게이트폴리실리콘막(62)에 불순물을 이온주입한다. 게이트폴리실리콘막(62)은 600∼1500Å 두께를 갖고 형성될 수 있고, 페리게이트절연막(61)을 형성하기 전에 채널영역을 형성하기 위한 불순물의 도핑공정이 진행될 수 있다.As shown in FIG. 3H, the ferrite gate insulating layer 61 is formed by performing a gate oxidation process for transistors in the peripheral region. Subsequently, after the gate polysilicon film 62 is deposited on the ferrite gate insulating film 61, impurities are implanted into the gate polysilicon film 62. The gate polysilicon layer 62 may be formed to have a thickness of 600 to 1500 Å, and a doping process of impurities may be performed to form the channel region before the ferrite gate insulating layer 61 is formed.

위와 같은 게이트산화 공정시에 셀영역에는 캡핑막(60), 하드마스크폴리실리콘막(53) 및 실링막(59)이 매립게이트(58A)를 보호하기 때문에 매립게이트(58A)가 산화되지 않는다. In the gate oxidation process as described above, since the capping film 60, the hard mask polysilicon film 53, and the sealing film 59 protect the buried gate 58A, the buried gate 58A is not oxidized.

도 3i에 도시된 바와 같이, 주변영역을 덮고 셀영역을 오픈시킨 후에 캡핑막(60), 하드마스크폴리실리콘막(53)과 패드산화막(52)을 제거한다. 이에 따라, 셀 영역에서는 실링막(59) 사이에 랜딩플러그가 형성될 콘택영역(63)이 오픈된다.As shown in FIG. 3I, the capping layer 60, the hard mask polysilicon layer 53, and the pad oxide layer 52 are removed after covering the peripheral region and opening the cell region. Accordingly, the contact region 63 in which the landing plug is to be formed between the sealing layers 59 is opened in the cell region.

하드마스크폴리실리콘막을 제거하는 공정은 질산과 플루오르화산의 혼합용액을 이용한 습식공정이나 플라즈마를 이용한 건식식각 모두 가능하다. 패드산화막은 습식공정을 통해 제거할 수 있다. 패드산화막 제거시에 측벽산화막(55A)도 일부 제거되는데, 라이너질화막(55B)에 의해 더이상 습식식각이 진행되지 않아 오픈되는 콘택영역(63)의 넓이를 일정한 양만 제어할 수 있다. 이 콘택영역(63)에 후속 공정에서 랜딩플러그가 매립되는데, 만약 라이너질화막(55B)에서 습식식각이 정지하는 조건이 아니라면 콘택영역(63)이 넓어져서 이웃하는 콘택영역간 브릿지(Bridge) 가능성이 높기 때문에 이를 제어할 수 있는 공정을 라이너질화막(55B)으로 확보할 수 있다.The process of removing the hard mask polysilicon film can be performed either by a wet process using a mixed solution of nitric acid and fluoric acid or by dry etching using a plasma. The pad oxide film can be removed through a wet process. When the pad oxide film is removed, a portion of the sidewall oxide film 55A is also removed. The wet etching is no longer performed by the liner nitride film 55B, so that only a predetermined amount of the area of the contact region 63 opened can be controlled. The landing plug is embedded in the contact region 63 in a subsequent process. If the wet etching stops at the liner nitride film 55B, the contact region 63 is widened to increase the possibility of bridging between neighboring contact regions. Therefore, a process capable of controlling this can be ensured with the liner nitride film 55B.

이러한 방식으로 패드산화막을 제거하게 되면 측벽산화막(55A)이 있었던 부분만큼 콘택영역(64)의 오픈면적이 증가하게 된다. 콘택영역(64)의 오픈면적 증가는 후속 스토리지노드콘택 공정에서 오픈마진(Open Margin)을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. When the pad oxide film is removed in this manner, the open area of the contact region 64 increases as much as the portion where the sidewall oxide film 55A is located. Increasing the open area of the contact area 64 has the advantage of increasing the open margin in the subsequent storage node contact process.

종래기술로 진행하게 되면 셀비트라인을 형성한 다음 스토리지노드콘택 공정이 진행되기 때문에 스토리지노드콘택의 높이가 높아지고 또한 스토리지노드콘택이 형성될 기판의 면적이 좁기 때문에 스토리지노드콘택을 형성하기 위한 면적이 줄어들어 스토리지노드콘택저항이 증가하고 낫오픈 또는 오픈시키기 위한 과도식각(Over Etch)으로 스토리지노드콘택과 매립게이트간 자기정렬콘택 페일의 가능성이 높아지게 된다.According to the prior art, since the storage node contact process is performed after forming the cell bit line, the height of the storage node contact is increased and the area of the substrate on which the storage node contact is to be formed is narrow, so that the area for forming the storage node contact is increased. The shrinkage increases storage node contact resistance and increases the likelihood of self-aligned contact failing between storage node contacts and buried gates due to over etching to open or open.

도 3j에 도시된 바와 같이, 콘택영역(63)을 채울때까지 전면에 플러그도전막을 증착한 후 실링막(59)의 표면이 드러나도록 분리시킨다. 이에 따라, 랜딩플러그(64)가 형성된다. As shown in FIG. 3J, the plug conductive film is deposited on the entire surface until the contact region 63 is filled, and then separated to expose the surface of the sealing film 59. As a result, the landing plug 64 is formed.

콘택영역을 형성하기 위한 콘택식각 공정이 없기 때문에 기판의 손실을 최소한으로 유지할 수 있어 랜딩플러그(64)와 매립게이트(58A)간의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 콘택영역 오픈시 측벽산화막까지 제거하므로써 콘택영역 아래의 기판을 최대한으로 활용할 수 있기 때문에 콘택 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다.Since there is no contact etching process for forming a contact region, the loss of the substrate can be kept to a minimum, thereby minimizing interference between the landing plug 64 and the buried gate 58A. In addition, since the sidewall oxide film is removed when the contact region is opened, the contact resistance can be lowered because the substrate under the contact region can be utilized to the maximum.

랜딩플러그(64)로 사용되는 플러그도전막은 금속막 또는 폴리실리콘막을 사용할 수 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 폴리실리콘막을 증착할 수도 있다. 또한, 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 통해 에피택셜실리콘막을 성장시킨 후에 금속막을 증착할 수도 있다.The plug conductive film used as the landing plug 64 may use a metal film or a polysilicon film. In addition, after the epitaxial silicon film is grown through selective epitaxial growth (SEG), the polysilicon film may be deposited. In addition, after the epitaxial silicon film is grown through selective epitaxial growth (SEG), a metal film may be deposited.

셀영역에서 랜딩플러그(64)가 형성된 이후에, 주변영역의 게이트폴리실리콘막(62) 상에도 플러그도전막(64A)가 잔류할 수 있다. 플러그도전막(64A)은 주변영역에서 게이트로 사용된다.After the landing plug 64 is formed in the cell region, the plug conductive layer 64A may also remain on the gate polysilicon layer 62 in the peripheral region. The plug conductive film 64A is used as a gate in the peripheral region.

후속하여 셀영역에서의 비트라인 공정 및 주변영역에서의 게이트 형성 공정이 진행된다.Subsequently, the bit line process in the cell region and the gate formation process in the peripheral region are performed.

상술한 제1 및 제2실시예에 따르면, 소자분리막 및 매립게이트 공정 이후에 셀영역만을 선택적으로 오픈시키고 하드마스크폴리실리콘막과 패드산화막을 제거하 게 되면 기판의 손실없이 콘택영역을 오픈할 수 있어, 랜딩플러그와 매립게이트간의 간섭을 최대한 방지할 수 있다. 또한, 콘택영역 아래의 기판을 충분히 사용할 수 있으므로 콘택저항을 낮추고 콘택영역의 오픈마진을 증가시킬 수 있다.According to the first and second embodiments described above, if only the cell region is selectively opened after the device isolation layer and the buried gate process, and the hard mask polysilicon layer and the pad oxide layer are removed, the contact region can be opened without loss of the substrate. Thus, interference between the landing plug and the buried gate can be prevented as much as possible. In addition, since the substrate under the contact region can be used sufficiently, it is possible to lower the contact resistance and increase the open margin of the contact region.

그리고, 패드산화막을 제거할 때 측벽산화막도 동시에 제거되기 때문에 일정부분 콘택영역의 면적이 증가하게 되고, 아울러 면적의 증가는 라이너질화막에서 정지되기 때문에 인접한 랜딩플러그간의 브릿지를 방지할 수 있다. When the pad oxide film is removed, the sidewall oxide film is also removed at the same time, so that the area of the contact region is increased, and the increase of the area is stopped in the liner nitride film, thereby preventing the bridge between adjacent landing plugs.

또한, 제1실시예는 주변영역의 게이트도전막을 형성하는 공정을 소자분리공정 이전으로 이동하여 진행할 수 있기 때문에 주변영역의 게이트도전막을 따로 형성하는 공정을 제거하여 공정을 단순화 할 수 있으며, 주변영역의 게이트산화 공정에서 발생할 수 있는 매립게이트의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the first embodiment, since the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be performed before the device isolation process, the process of forming the gate conductive film in the peripheral region can be eliminated to simplify the process. There is an effect that can prevent the oxidation of the buried gate that may occur in the gate oxidation process.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. 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 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 매립게이트를 구비한 반도체장치의 제조 방법을 도시한 도면.1A to 1E illustrate a method of manufacturing a semiconductor device having a buried gate according to the prior art.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘택영역의 오픈면적을 설명하기 위한 도면.4 is a view for explaining the open area of the contact area according to an embodiment of the present invention.

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

31 : 기판 32 : 패드산화막31 substrate 32 pad oxide film

33 : 하드마스크폴리실리콘막 35 : 소자분리막33 hard mask polysilicon film 35 device isolation film

35A : 측벽산화막 35B : 라이너질화막35A: sidewall oxide film 35B: liner nitride film

38A : 매립게이트 39 : 실링막38A: buried gate 39: sealing film

41 : 랜딩플러그41: Landing plug

Claims (24)

기판 상에 하드마스크막을 형성하는 단계;Forming a hard mask film on the substrate; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계;Etching the substrate using the hard mask layer as an etch barrier to form a first trench; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 하여 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 제2트렌치를 형성하는 단계;Forming a second trench by etching the substrate and the device isolation layer using the hard mask layer as an etch barrier; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계;Forming a buried gate partially filling the second trench; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계;Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; 상기 하드마스크막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및Removing the hard mask layer to open a contact region; And 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계Forming a landing plug to fill the contact region 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하드마스크막은 폴리실리콘막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The hard mask film is a semiconductor device manufacturing method comprising a polysilicon film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하드마스크막은 폴리실리콘막과 질화막을 적층하여 형성하는 반도체장치 제조 방법.And the hard mask film is formed by laminating a polysilicon film and a nitride film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 랜딩플러그는 금속막, 폴리실리콘막, 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 폴리실리콘막의 적층구조 또는 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 금속막의 적층구조 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The landing plug may be formed of a metal structure, a polysilicon film, a laminated structure of an epitaxial silicon film and a polysilicon film using selective epitaxial growth (SEG), or an epitaxial silicon film and a metal film laminated structure using selective epitaxial growth (SEG). A semiconductor device manufacturing method comprising any one selected. 기판 상에 패드산화막과 하드마스크막이 적층된 식각장벽막을 형성하는 단계;Forming an etch barrier film on which a pad oxide film and a hard mask film are stacked on a substrate; 상기 식각장벽막을 이용한 상기 기판의 식각을 통해 제1트렌치를 형성하는 단계;Forming a first trench by etching the substrate using the etching barrier layer; 상기 제1트렌치의 측벽에 측벽산화막과 라이너질화막을 적층하는 단계;Stacking a sidewall oxide layer and a liner nitride layer on sidewalls of the first trenches; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 제2트렌치를 형성하는 단계;Etching the substrate and the isolation layer to form a second trench; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계;Forming a buried gate partially filling the second trench; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate 상기 식각장벽막과 측벽산화막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및Opening the contact region by removing the etch barrier layer and the sidewall oxide layer; And 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계Forming a landing plug to fill the contact region 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 하드마스크막은 폴리실리콘막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The hard mask film is a semiconductor device manufacturing method comprising a polysilicon film. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 하드마스크막은 폴리실리콘막과 질화막을 적층하여 형성하는 반도체장치 제조 방법.And the hard mask film is formed by laminating a polysilicon film and a nitride film. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 랜딩플러그는 금속막, 폴리실리콘막, 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 폴리실리콘막의 적층구조 또는 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 금속막의 적층구조 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The landing plug may be formed of a metal structure, a polysilicon film, a laminated structure of an epitaxial silicon film and a polysilicon film using selective epitaxial growth (SEG), or an epitaxial silicon film and a metal film laminated structure using selective epitaxial growth (SEG). A semiconductor device manufacturing method comprising any one selected. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계에서,In the step of opening the contact area, 상기 하드마스크막은 습식공정 또는 건식식각을 이용하여 제거하고, 상기 패드산화막과 측벽산화막은 습식공정을 이용하여 제거하는 반도체장치 제조 방법.And removing the hard mask layer using a wet process or dry etching, and removing the pad oxide layer and the sidewall oxide layer using a wet process. 셀영역과 주변영역이 정의된 기판 상에 게이트절연막과 게이트도전막을 적층하는 단계;Stacking a gate insulating film and a gate conductive film on a substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; 상기 게이트도전막을 식각장벽으로 하여 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계;Etching the substrate using the gate conductive layer as an etch barrier to form a first trench; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; 상기 게이트도전막을 하드마스크로 하여 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 상기 셀영역에 제2트렌치를 형성하는 단계;Etching the substrate and the device isolation layer using the gate conductive layer as a hard mask to form a second trench in the cell region; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계;Forming a buried gate partially filling the second trench; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate 상기 셀영역의 게이트도전막과 게이트절연막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및Removing the gate conductive film and the gate insulating film of the cell region to open a contact region; And 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계Forming a landing plug to fill the contact region 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1트렌치를 형성하는 단계 이후에,After forming the first trench, 상기 제1트렌치의 측벽에 측벽산화막을 형성하는 단계;Forming a sidewall oxide film on sidewalls of the first trenches; 상기 측벽산화막 상에 라이너질화막을 형성하는 단계Forming a liner nitride film on the sidewall oxide film 를 더 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method further comprising. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 측벽산화막은 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계에서 제거하는 반도체장치 제조 방법.And removing the sidewall oxide film in the step of opening the contact region. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 게이트도전막은 불순물이 도핑된 폴리실리콘막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The gate conductive film includes a polysilicon film doped with an impurity. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 10 to 13, 상기 게이트도전막 상에 하드마스크질화막을 더 형성하는 반도체장치 제조 방법.And forming a hard mask nitride film on the gate conductive film. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 랜딩플러그는 금속막, 폴리실리콘막, 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 폴리실리콘막의 적층구조 또는 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 금속막의 적층구조 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The landing plug may be formed of a metal structure, a polysilicon film, a laminated structure of an epitaxial silicon film and a polysilicon film using selective epitaxial growth (SEG), or an epitaxial silicon film and a metal film laminated structure using selective epitaxial growth (SEG). A semiconductor device manufacturing method comprising any one selected. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계는 상기 주변영역을 덮고 상기 셀영역을 오픈시키는 마스크를 형성한 상태에서 진행하는 반도체장치 제조 방법.The opening of the contact region may be performed while forming a mask covering the peripheral region and opening the cell region. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계에서,In the step of opening the contact area, 상기 게이트도전막은 습식공정 또는 건식식각을 이용하여 제거하고, 상기 게이트절연막은 습식공정을 이용하여 제거하는 반도체장치 제조 방법.And removing the gate conductive layer using a wet process or dry etching, and removing the gate insulating layer using a wet process. 셀영역과 주변영역이 정의된 기판 상에 패드산화막과 하드마스크막을 적층하는 단계;Stacking a pad oxide film and a hard mask film on a substrate in which a cell region and a peripheral region are defined; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 기판을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계;Forming a first trench by etching the substrate using the hard mask layer as an etch barrier; 상기 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer gap-filling the first trenches; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 상기 기판과 소자분리막을 식각하여 상기 셀영역에 제2트렌치를 형성하는 단계;Etching the substrate and the device isolation layer using the hard mask layer as an etch barrier to form a second trench in the cell region; 상기 제2트렌치를 일부 매립하는 매립게이트를 형성하는 단계;Forming a buried gate partially filling the second trench; 상기 매립게이트 상부를 갭필하는 실링막을 형성하는 단계;Forming a sealing film gap-filling an upper portion of the buried gate; 상기 주변영역의 하드마스크막과 패드산화막을 제거하는 단계;Removing the hard mask layer and the pad oxide layer in the peripheral region; 상기 주변영역의 기판 상에 게이트절연막과 게이트도전막을 적층하는 단계;Stacking a gate insulating film and a gate conductive film on the substrate in the peripheral region; 상기 셀영역의 하드마스크막과 패드산화막을 제거하여 콘택영역을 오픈시키는 단계; 및Opening the contact region by removing the hard mask layer and the pad oxide layer in the cell region; And 상기 콘택영역을 매립하는 랜딩플러그를 형성하는 단계Forming a landing plug to fill the contact region 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제1트렌치를 형성하는 단계 이후에,After forming the first trench, 상기 제1트렌치의 측벽에 측벽산화막을 형성하는 단계;Forming a sidewall oxide film on sidewalls of the first trenches; 상기 측벽산화막 상에 라이너질화막을 형성하는 단계Forming a liner nitride film on the sidewall oxide film 를 더 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method further comprising. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 측벽산화막은 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계에서 제거하는 반도체장치 제조 방법.And removing the sidewall oxide film in the step of opening the contact region. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 하드마스크막은 폴리실리콘막을 단독으로 사용하거나 또는 폴리실리콘막과 하드마스크질화막의 적층구조를 사용하는 반도체장치 제조 방법.The hard mask film is a semiconductor device manufacturing method using a polysilicon film alone or a laminated structure of a polysilicon film and a hard mask nitride film. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 랜딩플러그는 금속막, 폴리실리콘막, 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 폴리실리콘막의 적층구조 또는 선택적에피택셜성장(SEG)을 이용한 에피택셜실리콘막과 금속막의 적층구조 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The landing plug may be formed of a metal structure, a polysilicon film, a laminated structure of an epitaxial silicon film and a polysilicon film using selective epitaxial growth (SEG), or an epitaxial silicon film and a metal film laminated structure using selective epitaxial growth (SEG). A semiconductor device manufacturing method comprising any one selected. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계는 상기 주변영역을 덮고 상기 셀영역을 오픈시키는 마스크를 형성한 상태에서 진행하는 반도체장치 제조 방법.The opening of the contact region may be performed while forming a mask covering the peripheral region and opening the cell region. 제23항에 있어서,24. The method of claim 23, 상기 콘택영역을 오픈시키는 단계에서,In the step of opening the contact area, 상기 하드마스크막은 습식공정 또는 건식식각을 이용하여 제거하고, 상기 패드산화막은 습식공정을 이용하여 제거하는 반도체장치 제조 방법.And removing the hard mask layer using a wet process or dry etching and removing the pad oxide layer using a wet process.
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