KR20200107895A - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 부분적으로 식각되지 않은 매몰 컨택에 있어서, 이온 주입 공정을 이용하여 남아 있는 부분을 절연시키는 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to insulate the remaining portions of a buried contact that is not partially etched by using an ion implantation process.
반도체 소자가 점점 고집적화됨에 따라, 동일한 면적에 보다 많은 반도체 소자를 구현하기 위해 개별 회로 패턴들은 더욱 미세화 되어 가고 있다. 즉, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자의 구성 요소들에 대한 디자인 룰이 감소하고 있다. As semiconductor devices become increasingly highly integrated, individual circuit patterns are becoming more refined in order to implement more semiconductor devices in the same area. That is, as the degree of integration of semiconductor devices increases, design rules for components of semiconductor devices are decreasing.
고도로 스케일링(scaling)된 반도체 소자에서, 복수의 배선 라인과 이들 사이에 개재되는 매몰 컨택(BC; buried contact)을 형성하는 공정이 점차 복잡해지고 어려워지고 있다. 특히, 매몰 컨택(BC)를 먼저 형성하고, 이후에 펜스(fence)를 형성하는 양각 GBC(Gate Buried Contact) 구조에서, 식각 공정의 불균일성에 의해 불규칙 혹은 부분적으로 식각되지 않은 부분이 발생할 수 있다. 이는 GBC 사이에 전류가 흐르게 되는 불량을 야기시킨다.In highly scaled semiconductor devices, the process of forming a plurality of wiring lines and buried contacts (BCs) interposed therebetween is becoming increasingly complex and difficult. In particular, in the embossed gate buried contact (GBC) structure in which the buried contact BC is first formed and then a fence is formed, irregular or partially unetched portions may occur due to non-uniformity in the etching process. This causes a defect in which current flows between GBCs.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 부분적으로 식각되지 않은 매몰 컨택에 있어서, 이온 주입 공정을 수행하여 남아 있는 부분을 절연시키는 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same for insulating a remaining portion by performing an ion implantation process in a partially etched buried contact.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 기판, 기판 내에 제1 방향으로 연장되는 게이트 구조체, 게이트 구조체 상에 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되는 펜스 및 기판 상에 펜스를 사이에 두고 양측에 배치된 매몰 컨택을 포함하고, 펜스는 하부 펜스와, 하부 펜스 상의 상부 펜스를 포함하고, 하부 펜스는 기판에서 제2 방향으로 멀어짐에 따라 하부 펜스의 제3 방향으로의 폭이 점진적으로 감소하는 부분을 포함하고, 제3 방향은 제1 방향 및 제2 방향과 수직인 것을 포함한다.A semiconductor device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes a substrate, a gate structure extending in a first direction in the substrate, a fence extending in a second direction perpendicular to the first direction on the gate structure, and a substrate. The upper fence includes buried contacts disposed on both sides with the fence interposed therebetween, and the fence includes a lower fence and an upper fence on the lower fence, and the lower fence moves away from the substrate in the second direction in the third direction of the lower fence. And a portion in which the width of the furnace gradually decreases, and the third direction includes those perpendicular to the first direction and the second direction.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법은, 기판 내에, 제1 방향으로 연장되는 게이트 구조체를 형성하고, 기판 상에, 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되는 매몰 컨택 패턴을 형성하고, 매몰 컨택 패턴 상에, 하드 마스크막을 형성하고, 매몰 컨택 패턴 및 하드 마스크막을 제2 방향으로 식각하여 매몰 컨택과, 게이트 구조체를 노출시키는 제1 트렌치와, 게이트 구조체를 비노출 시키는 제2 트렌치를 형성하고, 이온 주입 공정을 수행하고, 제1 및 제2 트렌치를 채우는 펜스를 형성하는 것을 포함하되, 펜스는 하부 펜스와 하부 펜스 상에 배치되는 상부 펜스를 포함하고, 하부 펜스는 이온 주입 공정을 수행하여 형성되는 것을 포함한다.In the semiconductor device manufacturing method according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem, a gate structure extending in a first direction is formed in a substrate, and on the substrate, in a second direction perpendicular to the first direction. A first trench exposing the buried contact and the gate structure by forming an extending buried contact pattern, forming a hard mask layer on the buried contact pattern, and etching the buried contact pattern and the hard mask layer in a second direction, and a gate structure Forming a second trench that does not expose to, performing an ion implantation process, and forming a fence filling the first and second trenches, wherein the fence includes a lower fence and an upper fence disposed on the lower fence, The lower fence includes one formed by performing an ion implantation process.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 발명의 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the description and drawings of the invention.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 A-A'를 따라서 절단한 단면도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 B-B'를 따라서 절단한 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2a 및 도 2b의 영역(P)를 확대한 다양한 확대도들이다.
도 5 내지 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.1 is a schematic layout diagram for describing a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
2A and 2B are cross-sectional views taken along line AA′ of FIG. 1.
3A and 3B are cross-sectional views taken along line B-B' of FIG. 1.
4A and 4B are various enlarged views in which the area P of FIGS. 2A and 2B is enlarged.
5 to 18 are diagrams of intermediate steps for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
이하에서, 도 1 내지 도 4b를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다.Hereinafter, a semiconductor device according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4B.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 레이아웃도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 A-A'를 따라서 절단한 단면도들이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1의 B-B'를 따라서 절단한 단면도들이다. 1 is a layout diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present invention. 2A and 2B are cross-sectional views taken along line AA′ of FIG. 1. 3A and 3B are cross-sectional views taken along line B-B' of FIG. 1.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에 관한 도면에서, 예시적으로 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. In the drawings of the semiconductor device according to some embodiments of the present invention, a dynamic random access memory (DRAM) is illustrated as an example, but the present invention is not limited thereto.
도 1 내지 도 4b를 참고하면 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는, 기판(110), 소자 분리막(120), 절연막(130), 비트 라인(BL; bit line), 스페이서 구조체(SP), 워드 라인(WL; word line), 다이렉트 컨택(DC; direct contact), 펜스(170), 매몰 컨택(BC; buried contact), 랜딩 패드(LP), 층간 절연막(180) 및 커패시터(190)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 to 4B, a semiconductor device according to some exemplary embodiments includes a
기판(110)은 벌크 실리콘 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 이와 달리, 기판(110)은 실리콘 기판일 수도 있고, 또는 다른 물질, 예를 들어, 실리콘게르마늄, SGOI(silicon germanium on insulator), 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명에서, 기판(110)은 실리콘 기판인 것으로 설명한다.The
기판(110)은 활성 영역(AR)을 포함할 수 있다. 반도체 장치의 디자인 룰이 감소함에 따라, 도 1에 도시된 것처럼, 활성 영역(AR)은 사선의 바(bar) 형태로 형성될 수 있다. The
예를 들어, 활성 영역(AR)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 연장되는 평면에서, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 아닌 임의의 방향으로 연장되는 바 형태로 형성될 수 있다. 또한, 활성 영역(AR)은 서로 평행한 방향으로 연장되는 복수 개의 바 형태일 수 있다. 또한, 복수 개의 활성 영역(AR) 중 하나의 활성 영역(AR)의 중심은 다른 하나의 활성 영역(AR)의 말단부와 인접하도록 배치될 수 있다.For example, the active region AR is a plane extending in the first direction X and the second direction Y, and extends in an arbitrary direction other than the first direction X and the second direction Y. It can be formed in a bar shape. Also, the active region AR may have a shape of a plurality of bars extending in parallel directions. In addition, the center of one active area AR among the plurality of active areas AR may be disposed to be adjacent to the distal end of the other active area AR.
활성 영역(AR)은 불순물을 포함하여 소오스 및 드레인 영역을 형성할 수 있다.The active region AR may include impurities to form source and drain regions.
예를 들어, 활성 영역(AR)의 중심은 다이렉트 컨택(DC)에 의해 비트 라인(BL)과 접속될 수 있다. 이에 따라, 활성 영역(AR)의 중심은 소오스 및 드레인 영역 중 하나의 영역을 형성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 활성 영역(AR)의 양 말단은 매몰 컨택(BC)과 접속될 수 있다. 이에 따라, 활성 영역(AR)의 중심은 소오스 및 드레인 영역 중 다른 하나의 영역을 형성할 수 있다.For example, the center of the active area AR may be connected to the bit line BL by a direct contact DC. Accordingly, the center of the active region AR may form one of a source and a drain region. Further, for example, both ends of the active region AR may be connected to the buried contact BC. Accordingly, the center of the active region AR may form the other one of the source and drain regions.
소자 분리막(120)은 기판(110) 내에 형성될 수 있다. 소자 분리막(120)은 우수한 소자 분리 특성을 갖는 STI(shallow trench isolation) 구조를 가질 수 있다. 소자 분리막(120)은 복수의 활성 영역(AR)을 정의할 수 있다. The
도 2a 내지 도 4b에서, 소자 분리막(120)은 측벽의 경사를 갖는 것으로 도시되었으나, 이는 공정 상의 특징일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.In FIGS. 2A to 4B, the
소자 분리막(120)에 의해 정의된 활성 영역(AR)은 도 1에서 도시된 것과 같이 단축과 장축을 포함하는 긴 아일랜드 형성을 가질 수 있다. 활성 영역(AR)은 소자 분리막(120) 내에 형성되는 워드 라인(WL)에 대하여 90도 미만의 각도를 갖도록 사선 형태를 가질 수 있다. 또한, 활성 영역(AR)은 소자 분리막(120) 상에 형성되는 비트 라인(BL)에 대하여 90도 미만의 각도를 갖도록 사선 형태를 가질 수 있다. 즉, 활성 영역(AR)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)에 대해 소정의 각도를 갖는 임의의 방향으로 연장될 수 있다.The active region AR defined by the
소자 분리막(120)은 산화막, 질화막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 소자 분리막(120)은 한 종류의 절연 물질로 이루어지는 단일층일 수도 있고, 여러 종류의 절연 물질들의 조합으로 이루어지는 다중층일 수도 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 소자 분리막(120)은 실리콘 산화막을 포함하는 것으로 설명한다.The
도 2a 내지 도 3b에서, 소자 분리막(120)의 상면과 기판(110)의 상면은 동일 평면 상에 놓이는 것으로 도시되었지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.In FIGS. 2A to 3B, the top surface of the
워드 라인(160; 도 1의 WL)은 활성 영역(AR)을 가로질러 제1 방향(X)을 따라 길게 연장될 수 있다. 워드 라인(160)은 복수 개로 서로 평행하게 연장될 수 있다. 또한, 복수의 워드 라인(160)은 등간격으로 서로 이격될 수 있다. 활성 영역(AR)이 사선 형태로 배치됨으로써, 워드 라인(WL)은 활성 영역(AR)과 90도 미만의 각도를 가질 수 있다.The word line 160 (WL of FIG. 1) may extend long along the first direction X across the active area AR. A plurality of
몇몇 실시예에서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 워드 라인(160)은 기판(110)에 매립되어 제1 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 워드 라인(160)은 게이트 절연막(161), 게이트 도전막(162) 및 게이트 전극(163)을 포함할 수 있다. In some embodiments, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
기판(110)에 제1 방향(X)으로 연장되는 제1 트렌치(TR1)가 형성될 수 있다. 제1 트렌치(TR1) 내에 게이트 구조체(GST)가 형성될 수 있다. 게이트 구조체(GST)는 워드 라인(160), 제1 캡핑 패턴(164) 및 제2 캡핑 패턴(165)을 포함할 수 있다.A first trench TR1 extending in the first direction X may be formed in the
제1 트렌치(TR1) 내부에 게이트 절연막(161), 게이트 도전막(162) 및 게이트 전극(163)이 차례로 매립되어 형성될 수 있다. 게이트 절연막(161)은 제1 트렌치(TR1)의 적어도 일부의 프로파일을 따라 연장될 수 있다. 즉, 워드 라인(160)은 제1 트렌치(TR1) 내에 형성될 수 있다.A
게이트 절연막(161)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전 상수를 갖는 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 고유전율 물질은 예를 들어, 하프늄 산화물(hafnium oxide), 하프늄 실리콘 산화물(hafnium silicon oxide), 하프늄 알루미늄 산화물(hafnium aluminum oxide), 란타늄 산화물(lanthanum oxide), 란타늄 알루미늄 산화물(lanthanum aluminum oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 지르코늄 실리콘 산화물(zirconium silicon oxide), 탄탈륨 산화물(tantalum oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 바륨 스트론튬 티타늄 산화물(barium strontium titanium oxide), 바륨 티타늄 산화물(barium titanium oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(strontium titanium oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 알루미늄 산화물(aluminum oxide), 납 스칸듐 탄탈륨 산화물(lead scandium tantalum oxide), 납 아연 니오브산염(lead zinc niobate) 및 이들의 조합 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The
상술한 고유전율 물질은 산화물을 중심으로 설명하였지만, 이와 달리, 고유전율 물질은 상술한 금속성 물질(일 예로, 하프늄)의 질화물(일 예로, 하프늄 질화물(hafnium nitride)) 또는 산질화물(일 예로, 하프늄 산질화물(hafnium oxynitride) 중 하나 이상을 포함할 수도 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The above-described high-k material has been described centering on the oxide, but in contrast, the high-k material is a nitride (for example, hafnium nitride) or an oxynitride (for example, hafnium) of the metallic material (for example, hafnium). It may include one or more of hafnium oxynitride, but is not limited thereto.
도 2a 및 도 2b에서 워드 라인(160)은 게이트 도전막(162) 및 게이트 전극(163)을 포함하는 다중막으로 도시되었으나, 워드 라인(160)은 단일막일 수도 있다.In FIGS. 2A and 2B, the
게이트 전극(163)은 게이트 절연막(161) 및 게이트 도전막(162) 상에 형성될 수 있다. 게이트 전극(163)은 제1 트렌치(TR1)의 일부를 채울 수 있다.The
게이트 도전막(162) 및 게이트 전극(163)은 각각 예를 들어, 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 탄화물(TaC), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 탄탈륨 실리콘 질화물(TaSiN), 탄탈륨 티타늄 질화물(TaTiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN), 탄탈륨 알루미늄 질화물(TaAlN), 텅스텐 질화물(WN), 루테늄(Ru), 티타늄 알루미늄(TiAl), 티타늄 알루미늄 탄질화물(TiAlC-N), 티타늄 알루미늄 탄화물(TiAlC), 티타늄 탄화물(TiC), 탄탈륨 탄질화물(TaCN), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 백금(Pt), 니켈 백금(Ni-Pt), 니오븀(Nb), 니오븀 질화물(NbN), 니오븀 탄화물(NbC), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 질화물(MoN), 몰리브덴 탄화물(MoC), 텅스텐 탄화물(WC), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 은(Ag), 금(Au), 아연(Zn), 바나듐(V) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The gate conductive film 162 and the gate electrode 163 are, for example, titanium nitride (TiN), tantalum carbide (TaC), tantalum nitride (TaN), titanium silicon nitride (TiSiN), tantalum silicon nitride (TaSiN), Tantalum titanium nitride (TaTiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum aluminum nitride (TaAlN), tungsten nitride (WN), ruthenium (Ru), titanium aluminum (TiAl), titanium aluminum carbonitride (TiAlC-N), titanium aluminum Carbide (TiAlC), titanium carbide (TiC), tantalum carbonitride (TaCN), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), cobalt (Co), titanium (Ti), tantalum (Ta), nickel ( Ni), platinum (Pt), nickel platinum (Ni-Pt), niobium (Nb), niobium nitride (NbN), niobium carbide (NbC), molybdenum (Mo), molybdenum nitride (MoN), molybdenum carbide (MoC), Among tungsten carbide (WC), rhodium (Rh), palladium (Pd), iridium (Ir), osmium (Os), silver (Ag), gold (Au), zinc (Zn), vanadium (V), and combinations thereof It may include at least one.
게이트 전극(163)은 도전성 금속 산화물, 도전성 금속 산질화물 등을 포함할 수 있고, 상술한 물질 중 금속성을 갖는 물질들이 산화된 형태를 포함할 수도 있다.The
게이트 전극(163) 상에, 제1 트렌치(TR1)를 채우는 제1 캡핑 패턴(164) 및 제2 캡핑 패턴(165)가 차례로 형성될 수 있다. 제1 캡핑 패턴(164)은 예를 들어, 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 제2 캡핑 패턴(165)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 탄질화물(SiCN), 실리콘 산탄질화물(SiOCN) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.On the
도시되지 않았지만, 워드 라인(160)의 적어도 일측에는 불순물 도핑 영역이 형성될 수 있다. 불순물 도핑 영역은 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역일 수 있다. Although not shown, an impurity doped region may be formed on at least one side of the
제2 트렌치(TR2)는 기판(110) 내에 형성될 수 있다. 제2 트렌치(TR2)는 비트 라인(BL)을 활성 영역(AR)에 접촉시키기 위해 기판(110) 내에 형성되는 트렌치일 수 있다. 예를 들어, 제2 트렌치(TR2) 내에 다이렉트 컨택(DC)이 형성될 수 있다.The second trench TR2 may be formed in the
절연막(130)은 기판(110) 및 소자 분리막(120) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼 절연막(130)은 다이렉트 컨택(DC)이 형성되지 않는 기판(110)의 영역에서, 기판(110) 및 소자 분리막(120) 상에 형성될 수 있다. The insulating
절연막(130)은 단일막일 수 있으나, 도시된 것처럼, 절연막(130)은 제1 절연막(131), 제2 절연막(132) 및 제3 절연막(133)을 포함하는 다중막일 수도 있다.The insulating
제1 절연막(131)은 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제2 절연막(132)은 제1 절연막(131)과 다른 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 절연막(132)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제3 절연막(133)은 제2 절연막(132)보다 유전 상수(dielectric constant)가 작은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 절연막(133)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The first insulating
몇몇 실시예에서, 제3 절연막(133)의 폭은 비트 라인(BL)의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다. 본 명세서에서, "동일"이란, 완전히 동일한 것뿐만 아니라, 공정 상의 마진 등으로 인해 발생할 수 있는 미세한 차이를 포함하는 의미이다.In some embodiments, the width of the third insulating
비트 라인(140; 도 1의 BL)은 제1 비트 라인(140a)와 제2 비트 라인(140b)을 포함할 수 있다. 비트 라인(140)은 기판(110) 및 절연막(130) 상에 배치될 수 있다. 비트 라인(140)은, 활성 영역(AR) 및 워드 라인(160)을 가로 질러 제1 방향(X)과 다른 제2 방향(Y)을 따라 길게 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)과 수직인 방향일 수 있다. 이에 따라, 비트 라인(140)은 활성 영역(AR)을 비스듬하게 가로지를 수 있다. The bit line 140 (BL of FIG. 1) may include a
비트 라인(140)은 워드 라인(160)을 수직하게 가로지를 수 있다. 비트 라인(140)은 복수 개로 서로 평행하게 연장될 수 있다. 또한, 복수의 비트 라인(140)은 등간격으로 서로 이격될 수 있다.The
비트 라인(140)은 단일막일 수 있으나, 도 3a 및 3b에 도시된 것처럼, 비트 라인(140)은 제1 도전막(141), 제2 도전막(142), 제3 도전막(143) 및 다이렉트 컨택(DC)을 포함하는 다중막일 수도 있다.The
예를 들어, 제1 도전막(141), 제2 도전막(142) 및 제3 도전막(143)은 각각 폴리실리콘, TiN, TiSiN, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전막(141)은 폴리실리콘을 포함할 수 있고, 제2 도전막(142)은 TiSiN을 포함할 수 있고, 제3 도전막(143)은 텅스텐을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the first
다이렉트 컨택(DC)은 제2 트렌치(TR2) 내에 형성될 수 있다. 또한, 다이렉트 컨택(DC)은 기판(110)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 컨택(DC)은, 제2 트렌치(TR2)에 의해 노출된 활성 영역(AR)의 중심과 접촉할 수 있다. 다이렉트 컨택(DC)과 접촉하는 기판(110)의 활성 영역(AR)은 소오스 및 드레인 영역으로 기능할 수 있다.The direct contact DC may be formed in the second trench TR2. Also, the direct contact DC may contact the
다이렉트 컨택(DC)이 형성되지 않은 비트 라인(140)의 나머지 부분은 절연막(130) 상에 형성될 수 있다.The rest of the
다이렉트 컨택(DC)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 비트 라인(140)의 일부는 활성 영역(AR)과 전기적으로 접속될 수 있다. The direct contact DC may include a conductive material. Accordingly, a part of the
몇몇 실시예에서, 다이렉트 컨택(DC)은 제1 도전막(141)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 컨택(DC)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이들에 제한되는 것은 아니고, 제조 공정에 따라 다이렉트 컨택(DC)은 제1 도전막(141)과 다른 물질을 포함할 수 있다.In some embodiments, the direct contact DC may include the same material as the first
비트 라인(140)은 상부에 제3 캡핑 패턴(144)을 포함할 수 있다. 제3 캡핑 패턴(144)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The
제1 비트 라인(140a)은 활성 영역(AR)과 접촉하는 비트 라인(140)의 일부이다. 제2 비트 라인(140b)은 활성 영역(AR)과 접촉하지 않는 비트 라인(140)의 일부이다. 즉, 도 3a 및 3b에 도시된 것처럼, 제1 비트 라인(140a)은 다이렉트 컨택(DC)을 포함하는 비트 라인(140)의 일부일 수 있다. 제2 비트 라인(140b)은 다이렉트 컨택(DC)을 포함하지 않는 비트 라인(140)의 일부일 수 있다.The
몇몇 실시예에서, 제1 비트 라인(140a)은 제1 도전막(141)을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 비트 라인(140b)의 제1 도전막(141)은 제1 비트 라인(140a)에서 다이렉트 컨택(DC)으로 대체될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 비트 라인(140a)의 다이렉트 컨택(DC)은 제1 도전막(141) 아래에 형성될 수도 있다.In some embodiments, the
몇몇 실시예에서, 비트 라인(140)의 폭은 제2 트렌치(TR2)의 폭보다 작을 수 있다. 여기서, 비트 라인(140) 및 제2 트렌치(TR2)의 폭이란, 비트 라인(140)이 길게 연장되는 방향인 제2 방향(Y)과 교차하는 제1 방향(X)으로의 폭을 의미한다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼, 비트 라인(140)의 폭은 제2 트렌치(TR2)의 폭보다 작을 수 있다. In some embodiments, the width of the
스페이서 구조체(150; 도 1의 SP)는 비트 라인(140) 및 제3 캡핑 패턴(144)의 측벽 상에 배치될 수 있다. 스페이서 구조체(150)는 다이렉트 컨택(DC)이 형성된 제1 비트 라인(140a)의 부분에서 기판(110) 및 소자 분리막(120) 상에 형성될 수 있다. 스페이서 구조체(150)는 제1 비트 라인(140a) 및 제3 캡핑 패턴(144)의 측벽 상에서 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다.The spacer structure 150 (SP of FIG. 1) may be disposed on sidewalls of the
그러나, 다이렉트 컨택(DC)이 형성되지 않은 제2 비트 라인(140b)의 나머지 부분에서, 스페이서 구조체(150)는 제1 절연막(131) 및 제2 절연막(132) 상에 형성될 수 있다. 스페이서 구조체(150)는 제2 비트 라인(140b) 및 제3 캡핑 패턴(144)의 측벽 상에서 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다.However, in the rest of the
예를 들어, 스페이서 구조체(150)는 제1 비트 라인(140a)의 측벽 상에서 기판(110) 및 소자 분리막(120)과 접촉할 수 있다. 스페이서 구조체(150)는 제2 비트 라인(140b)의 측벽 상에서 절연막(130)과 접촉할 수 있다.For example, the
스페이서 구조체(150)는 단일막일 수 있으나, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼, 스페이서 구조체(150)는 제1 스페이서(151) 및 제2 스페이서(152)를 포함하는 다중막일 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 스페이서(151, 152)는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막(SiON), 실리콘 산탄질화막(SiOCN), 에어(air), 및 이들의 조합을 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The
펜스(170)는 기판(110) 및 소자 분리막(120) 상에 형성될 수 있다. 펜스(170)는 기판(110) 및 소자 분리막(120) 내에 형성된 워드 라인(160)과 중첩되도록 형성될 수 있다. The
펜스(170)는 게이트 구조체(GST) 상에 형성될 수 있다. 펜스(170)는 제1 방향(X)을 따라 길게 연장될 수 있다. 펜스(170)는 제2 방향(Y)으로 연장되는 비트 라인(140)과 교차할 수 있다. 펜스(170)는 워드 라인(160) 사이에 형성되는 매몰 컨택(BC)을 지지할 수 있다. 펜스(170)는 하부 펜스(172)와 하부 펜스(172) 상의 상부 펜스(171)를 포함할 수 있다.The
펜스(170)는 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. The
매몰 컨택(BC)은 기판(110)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 매몰 컨택(BC)은 도 1의 활성 영역(AR)의 말단과 접촉할 수 있다. 매몰 컨택(BC)과 접촉하는 기판(110)의 활성 영역(AR)은 소오스 및 드레인 영역으로 기능할 수 있다. The buried contact BC may contact the
몇몇 실시예에서, 매몰 컨택(BC)은 기판(110) 상에, 펜스(170)를 사이에 두고 양측에 배치될 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 제3 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 제2 방향(Y)으로 연장되는 비트 라인(140)과 교차할 수 있다.In some embodiments, the buried contact BC may be disposed on both sides of the
매몰 컨택(BC)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 매몰 컨택(BC)은 활성 영역(AR)과 전기적으로 접속될 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 예를 들어, 폴리실리콘을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The buried contact BC may include a conductive material. Accordingly, the buried contact BC may be electrically connected to the active area AR. The buried contact BC may include, for example, polysilicon, but the technical idea of the present invention is not limited thereto.
랜딩 패드(LP)는 비트 라인(140)의 상면의 일부 및 매몰 컨택(BC)의 상면에 배치될 수 있다. 또한, 랜딩 패드(LP)는 매몰 컨택(BC)과 접촉할 수 있다. 매몰 컨택(BC)과 유사하게, 랜딩 패드(LP)는 서로 이격되어 있는 복수의 고립 영역을 형성할 수 있다.The landing pad LP may be disposed on a part of an upper surface of the
랜딩 패드(LP)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 랜딩 패드(LP)는 매몰 컨택(BC)과 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 랜딩 패드(LP)는 텅스텐(W)을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The landing pad LP may include a conductive material. Accordingly, the landing pad LP may be electrically connected to the buried contact BC. For example, the landing pad LP may include tungsten (W), but the technical idea of the present invention is not limited thereto.
층간 절연막(180)은 랜딩 패드(LP)의 상면의 일부 및 비트 라인(140)의 일부 상에 형성될 수 있다. 또한, 층간 절연막(180)은 복수의 고립 영역을 형성하는 랜딩 패드(LP)의 영역을 정의할 수 있다. 즉, 층간 절연막(180)은 복수의 랜딩 패드(LP)를 서로 분리시킬 수 있다. 또한, 층간 절연막(180)은 각각의 랜딩 패드(LP)의 상면의 일부를 노출시키도록 패터닝될 수 있다.The interlayer insulating
층간 절연막(180)은 절연성 물질을 포함하여, 복수의 랜딩 패드(LP)를 서로 전기적으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 층간 절연막(180)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The interlayer insulating
커패시터(190)는 층간 절연막(180) 및 랜딩 패드(LP) 상에 배치될 수 있다. 커패시터(190)는 층간 절연막(180)에 의해 노출된 랜딩 패드(LP)의 상면의 일부와 접촉될 수 있다. 결과적으로, 커패시터(190)는 매몰 컨택(BC)과 접속된 소오스 및 드레인 영역과 전기적으로 접속될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(190)는 반도체 메모리 소자 등에서 전하를 저장할 수 있다. The
예를 들어, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 것처럼, 커패시터(190)는 하부 전극(191), 커패시턴스 유전막(192) 및 상부 전극(193)을 포함할 수 있다. 커패시터(190)는 하부 전극(191) 및 상부 전극(193) 사이에 발생된 전위차에 의해 커패시턴스 유전막(192)에 전하를 저장할 수 있다. For example, as shown in FIGS. 2A to 3B, the
하부 전극(191)은 예를 들어, 도핑된 반도체 물질, 도전성 금속 질화물(예를 들어, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 또는 텅스텐 질화물 등), 금속(예를 들어, 루세늄, 이리듐, 티타늄 또는 탄탈륨 등), 및 도전성 금속 산화물(예를 들어, 산화 이리듐 등) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The
커패시턴스 유전막(192)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 하프늄 산화물(hafnium oxide), 하프늄 실리콘 산화물(hafnium silicon oxide), 란타늄 산화물(lanthanum oxide), 란타늄 알루미늄 산화물(lanthanum aluminum oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 지르코늄 실리콘 산화물(zirconium silicon oxide), 탄탈륨 산화물(tantalum oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 바륨 스트론튬 티타늄 산화물(barium strontium titanium oxide), 바륨 티타늄 산화물(barium titanium oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(strontium titanium oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 납 스칸듐 탄탈륨 산화물(lead scandium tantalum oxide), 납 아연 니오브산염(lead zinc niobate) 및 이들의 조합 중에서 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The
상부 전극(193)은 예를 들어, 도핑된 반도체 물질, 금속, 도전성 금속 질화물, 금속 실리사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The
커패시터(190)는 도 2a 및 도 3a에 도시된 것처럼 기판(110)의 두께 방향으로 길게 연장되는 필라 형태를 가질 수 있다. 또한 커패시터(190)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼 실린더 형태를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.As shown in FIGS. 2A and 3A, the
반도체 장치가 고집적화됨에 따라, 기생 커패시턴스(parasitic capacitance) 및 누설 전류(leakage current)의 영향성은 점점 증가한다. 예를 들어, DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 비트 라인 사이의 간격이 좁아짐에 따라, 비트 라인과 비트 라인 사이, 비트 라인과 매립 컨택 사이의 기생 커패시턴스가 증가할 수 있다.As semiconductor devices become highly integrated, the influence of parasitic capacitance and leakage current gradually increases. For example, as the spacing between bit lines of a dynamic random access memory (DRAM) is narrowed, a parasitic capacitance between a bit line and a bit line and between a bit line and a buried contact may increase.
그러나, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는, 실리콘 산화물을 이용하여 기생 커패시턴스를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는, 비트 라인(140)과 접촉하는 제1 스페이서(151)를 포함할 수 있다. 제1 스페이서(151)는 실리콘 산화물을 포함하므로, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 비트 라인(140)과 매몰 컨택(BC) 사이의 실리콘 산화물 함량을 최대화할 수 있다.However, the semiconductor device according to some embodiments may minimize parasitic capacitance by using silicon oxide. For example, the semiconductor device according to some embodiments may include a
실리콘 산화물은 실리콘 질화물보다 유전 상수가 낮으므로, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 기생 커패시턴스를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 비트 라인(140)과 접촉하는 스페이서를 실리콘 질화물로 형성하는 반도체 장치에 비해, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 기생 커패시턴스를 효과적으로 감소시킬 수 있다.Since silicon oxide has a lower dielectric constant than silicon nitride, the semiconductor device according to some embodiments can effectively reduce parasitic capacitance. For example, compared to a semiconductor device in which a spacer in contact with the
또한, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 기생 커패시턴스를 효과적으로 감소시킬 수 있으므로, 허용되는 기생 커패시턴스 범위 내에서 반도체 장치의 고집적화가 실현될 수 있다.In addition, since the semiconductor device according to some embodiments can effectively reduce the parasitic capacitance, high integration of the semiconductor device can be realized within an allowable parasitic capacitance range.
또한, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 공정 마진을 향상시킬 수 있다. 비트 라인(140)과 접촉하는 스페이서를 실리콘 질화물로 형성하는 경우에, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 실리콘 질화물이 기판(110)의 결핍 영역(depletion region)과 접촉하여 계면 트랩(Nit)을 형성하는 문제가 있다. 이러한 계면 트랩은 누설 전류를 증가시키는 원인이 된다.Also, the semiconductor device according to some embodiments may improve a process margin. When the spacer in contact with the
그러나, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는, 제1 스페이서(151)를 실리콘 산화물로 형성함으로써, 제1 스페이서(151)가 결핍 영역과 접촉하더라도 누설 전류를 최소화할 수 있다. 이는 실리콘 산화물이 실리콘 질화물에 비하여 계면 트랩(Nit)에 의한 누설 전류를 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다.However, in the semiconductor device according to some embodiments, since the
도 4a 및 도 4b를 참조하여 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치에서, 펜스(170)에 대해 설명한다. 도 4a 및 도 4b는 도 2a 및 도 2b의 영역(P)을 확대한 다양한 확대도들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 3b를 이용하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.In a semiconductor device according to some embodiments, a
펜스(170)는 워드 라인(160)과 나란하게 제1 방향(X)으로 연장될 수 있다. 펜스(170)는 게이트 구조체(GST) 상에 제1 방향(X)과 다른 제3 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제3 방향(Z)은 제1 방향(X)과 수직일 수 있다.The
펜스(170)는 하부 펜스(172)와 하부 펜스(172) 상의 상부 펜스(171)를 포함할 수 있다. 펜스(170)는 플라스크 형성을 가질 수 있다. 하부 펜스(172)는 기판(110)에서 제3 방향(Z)으로 멀어짐에 따라 하부 펜스(172)의 폭(W)이 점진적으로 감소하는 부분을 포함할 수 있다. 여기서, 하부 펜스(172)의 폭(W)이란, 워드 라인(160)이 길게 연장되는 방향인 제1 방향(X)과 교차하는 제2 방향(Y)으로의 폭(W)을 의미한다.The
하부 펜스(172)는 제1 하부 펜스(172_1)와 제1 하부 펜스(172_1) 상의 제2 하부 펜스(172_2)를 포함할 수 있다. 제1 하부 펜스(172_1)는 기판(110)에서 제3 방향(Z)으로 멀어짐에 따라 제2 방향(Y)으로의 폭(W1)이 점진적으로 증가할 수 있다. 제2 하부 펜스(172_2)는 기판(110)에서 제3 방향(Z)으로 멀어짐에 따라 제2 방향(Y)으로의 폭(W2)이 점진적으로 감소할 수 있다. The
제1 하부 펜스(172_1)는 제3 방향(Z)으로의 제1 높이(H1)를 가질 수 있다. 제2 하부 펜스(172_2)는 제3 방향(Z)으로의 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 제1 높이(H1)은 제2 높이(H2)보다 작을 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 하부 펜스(172_1)의 제1 높이(H1)가 제2 하부 펜스(172_2)의 제2 높이(H2)보다 클 수 있음은 물론이다. The first lower fence 172_1 may have a first height H1 in the third direction Z. The second lower fence 172_2 may have a second height H2 in the third direction Z. The first height H1 may be smaller than the second height H2. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that the first height H1 of the first lower fence 172_1 may be greater than the second height H2 of the second lower fence 172_2. .
상부 펜스(171)는 하부 펜스(172)와 접촉할 수 있다. 상부 펜스(171)와 하부 펜스(172)의 경계에서, 상부 펜스(171)는 아래로 볼록한 형상을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The
상부 펜스(171)는 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하부 펜스(172)는 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상부 펜스(171)와 하부 펜스(172)는 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 상부 펜스(171)와 하부 펜스(172)는 동일한 물질로 형성될 수 있음은 물론이다.The
이하에서, 도 1 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위해, 도 1 내지 도 4b를 이용하여 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 설명하거나 생략한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 18. For convenience of description, the overlapping ones described with reference to FIGS. 1 to 4B will be briefly described or omitted.
도 5 내지 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.5 to 18 are diagrams of intermediate steps for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 기판(110), 소자 분리막(120), 워드 라인(160) 및 비트 라인(140)을 제공한다. 참고적으로, 도 6은 도 5의 C-C'를 따라서 절단한 단면도이고, 도 7은 도 5의 D-D'를 따라서 절단한 단면도이다.5 to 7, a semiconductor device according to some embodiments provides a
기판(110)은 활성 영역(AR)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 것처럼, 활성 영역(AR)은 사선의 바 형태로 형성될 수 있다. 활성 영역(AR)은 기판(110) 내에 불순물이 주입되어 형성될 수 있다. 이 때, 불순물을 주입하는 것은 이온 주입 공정으로 수행될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The
소자 분리막(120)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 소자 분리막(120)은 복수의 활성 영역(AR)을 정의할 수 있다.The
게이트 구조체(GST)는 기판(110)에 매립되어 연장되도록 형성될 수 있다. 게이트 구조체(GST)는 워드 라인(160), 제1 캡핑 패턴(164) 및 제2 캡핑 패턴(165)을 포함할 수 있다. The gate structure GST may be formed to be buried and extended in the
워드 라인(160)은 기판(110)에 매립되어 연장되도록 형성될 수 있다. 워드 라인(160)은 게이트 절연막(161), 게이트 도전막(162) 및 게이트 전극(163)을 포함할 수 있다. 워드 라인(160) 상에, 제1 캡핑 패턴(164) 및 제2 캡핑 패턴(165)이 형성될 수 있다.The
비트 라인(140)은 제1 비트 라인(140a)와 제2 비트 라인(140b)를 포함할 수 있다. 제1 비트 라인(140a)은 다이렉트 컨택(DC) 상에 형성될 수 있다. 제2 비트 라인(140b)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다.The
다이렉트 컨택(DC)은 기판(110) 내에 매립되어, 기판(110)과 접촉될 수 있다. 제2 비트 라인(140b)은 절연막(130) 상에 형성될 수 있다.The direct contact DC may be buried in the
도 8 내지 도 12를 참조하면, 기판(110) 상에 매몰 컨택 패턴(BCP)이 형성될 수 있다. 매몰 컨택 패턴(BCP) 상에 하드 마스크막(200)이 형성될 수 있다. 참고적으로, 도 9 및 도 11은 도 8의 E-E'를 절단한 단면도이다. 도 10 및 도 12는 도 8의 F-F'를 절단한 단면도이다.8 to 12, a buried contact pattern BCP may be formed on the
매몰 컨택 패턴(BCP)은 기판(110)과 게이트 구조체(GST)를 덮도록 형성될 수 있다. 매몰 컨택 패턴(BCP)은 비트 라인(140)의 상면을 덮지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 매몰 컨택 패턴(BCP)의 상면은 비트 라인(140)의 상면과 동일 평면에 형성될 수 있다. The buried contact pattern BCP may be formed to cover the
하드 마스크막(200)은 매몰 컨택 패턴(BCP) 상에 형성될 수 있다. 하드 마스크막(200)은 매몰 컨택 패턴(BCP)을 덮도록 형성될 수 있다. 하드 마스크막(200)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. The
도 13 내지 도 16을 참조하면, 하드 마스크막(200)을 식각 마스크로 사용하여 매몰 컨택(BC)이 형성될 수 있다. 참고적으로, 도 14 내지 도 16은 도 13의 G-G'를 절단한 단면도이다.13 to 16, a buried contact BC may be formed by using the
하드 마스크막(200)을 식각 마스크로 사용하여 트렌치(TR)가 형성될 수 있다. 트렌치(TR)는 제3 트렌치(TR3) 및 제4 트렌치(TR4)를 포함할 수 있다. 제3 트렌치(TR3)는 게이트 구조체(GST)를 노출시킬 수 있다. 제4 트렌치(TR4)는 게이트 구조체(GST)를 노출시키지 않을 수 있다. 하드 마스크막(200) 및 매몰 컨택 패턴(BCP)을 식각할 때에는 건식 식각 공정이 이용될 수 있다.A trench TR may be formed using the
제3 트렌치(TR3) 및 제4 트렌치(TR4)는 매몰 컨택(BC)을 정의할 수 있다. The third trench TR3 and the fourth trench TR4 may define a buried contact BC.
이어서, 제3 방향(Z)으로 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 이온 주입 공정을 수행하여 하부 펜스(172)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 제4 트렌치(TR4) 내에, 게이트 전극(163)과 중첩되는 매몰 컨택 패턴(BCP) 부분에 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. Subsequently, an ion implantation process may be performed in the third direction Z. The
제3 방향(Z)으로 산소 또는 질소가 주입될 수 있다. 이에 따라, 하부 펜스(172)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. Oxygen or nitrogen may be injected in the third direction Z. Accordingly, the
하부 펜스(172)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 하부 펜스(172)는 플라스크 형상을 가질 수 있다. 또한, 하부 펜스(172)는 기판(110)으로부터 제3 방향(Z)으로 멀어짐에 따라 하부 펜스(172)의 폭이 점진적으로 감소하는 부분을 포함할 수 있다. 여기서, 하부 펜스(172)의 폭이란 워드 라인(160)이 연장되는 제1 방향(X)과 수직한 방향인 제2 방향(Y)으로의 폭을 의미한다.The
도면에는 도시되지 않았지만, 하부 펜스(172)는 기판(110)으로부터 제3 방향(Z)으로 멀어짐에 따라 하부 펜스(172)의 제2 방향(Y)으로의 폭이 점진적으로 증가하는 부분을 포함할 수도 있다.Although not shown in the drawing, the
도 17 및 도 18을 참조하면, 펜스(170)가 형성될 수 있다. 참고적으로, 도 18은 도 17의 H-H'를 절단한 단면도이다.17 and 18, a
제3 트렌치(예를 들어, 도 16의 TR3) 및 제4 트렌치(예를 들어, 도 16의 TR4)를 채워 펜스(170)가 형성될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 제3 트렌치와 제4 트렌치를 채우고 하드 마스크막(예를 들어, 도 16의 200)의 상면을 덮는 펜스 패턴을 형성할 수 있다. 이어서, 펜스 패턴 및 하드 마스크막을 식각하여, 펜스(170)가 형성될 수 있다.The
펜스(170)는 상부 펜스(171)과 하부 펜스(172)를 포함할 수 있다. 상부 펜스(171)는 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The
하부 펜스(172)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 상부 펜스(171)와 하부 펜스(172)는 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 상부 펜스(171)와 하부 펜스(172)가 서로 동일한 물질로 형성될 수 있음은 물론이다. The
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be understood that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.
110: 기판
120: 소자 분리막
AR: 활성 영역
BL: 비트 라인
WL: 워드 라인
SP: 스페이서 구조체
DC: 다이렉트 컨택
BC: 매몰 컨택
LP: 랜딩 패드
170: 펜스110: substrate 120: device isolation film
AR: active area BL: bit line
WL: word line SP: spacer structure
DC: direct contact BC: buried contact
LP: landing pad 170: fence
Claims (10)
상기 기판 내에, 제1 방향으로 연장되는 게이트 구조체;
상기 게이트 구조체 상에, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되는 펜스; 및
상기 기판 상에, 상기 펜스를 사이에 두고 양측에 배치된 매몰 컨택을 포함하고,
상기 펜스는 하부 펜스와, 상기 하부 펜스 상의 상부 펜스를 포함하고,
상기 하부 펜스는 상기 기판에서 상기 제2 방향으로 멀어짐에 따라 상기 하부 펜스의 제3 방향으로의 폭이 점진적으로 감소하는 부분을 포함하고,
상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직인 반도체 장치.Board;
A gate structure extending in a first direction in the substrate;
A fence extending in a second direction perpendicular to the first direction on the gate structure; And
On the substrate, including buried contacts disposed on both sides with the fence interposed,
The fence includes a lower fence and an upper fence on the lower fence,
The lower fence includes a portion in which a width of the lower fence in a third direction gradually decreases as it moves away from the substrate in the second direction,
The third direction is perpendicular to the first and second directions.
상기 하부 펜스는 제1 하부 펜스와 상기 제1 하부 펜스 상의 제2 하부 펜스를 포함하고,
상기 제1 하부 펜스는 상기 기판에서 상기 제2 방향으로 멀어짐에 따라 상기 제1 하부 펜스의 상기 제3 방향으로의 폭이 점진적으로 증가하는 부분을 포함하는 반도체 장치.The method of claim 1,
The lower fence includes a first lower fence and a second lower fence on the first lower fence,
The first lower fence includes a portion in which a width of the first lower fence in the third direction gradually increases as the first lower fence moves away from the substrate in the second direction.
상기 하부 펜스는, 상기 제1 하부 펜스의 상기 제2 방향으로의 제1 높이가 상기 제2 하부 펜스의 상기 제2 방향으로의 제2 높이보다 작은 것을 포함하는 반도체 장치.The method of claim 2,
The semiconductor device, wherein the lower fence has a first height of the first lower fence in the second direction less than a second height of the second lower fence in the second direction.
상기 펜스는 플라스크 형상을 갖는 반도체 장치.The method of claim 1,
The fence is a semiconductor device having a flask shape.
상기 상부 펜스와 상기 하부 펜스는 서로 다른 물질인 것을 포함하는 반도체 장치.The method of claim 1,
And the upper fence and the lower fence are made of different materials.
상기 상부 펜스와 상기 하부 펜스의 경계에서, 상기 상부 펜스는 아래로 볼록한 형상을 포함하는 반도체 장치.The method of claim 1,
At a boundary between the upper fence and the lower fence, the upper fence has a convex downward shape.
상기 기판 상에, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되는 매몰 컨택 패턴을 형성하고,
상기 매몰 컨택 패턴 상에, 하드 마스크막을 형성하고,
상기 매몰 컨택 패턴 및 상기 하드 마스크막을 상기 제2 방향으로 식각하여 매몰 컨택과, 상기 게이트 구조체를 노출시키는 제1 트렌치와, 상기 게이트 구조체를 비노출 시키는 제2 트렌치를 형성하고,
이온 주입 공정을 수행하고,
상기 제1 및 제2 트렌치를 채우는 펜스를 형성하는 것을 포함하되,
상기 펜스는 하부 펜스와 상기 하부 펜스 상의 상부 펜스를 포함하고,
상기 하부 펜스는 상기 이온 주입 공정을 수행하여 형성되는 것을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming a gate structure extending in a first direction in the substrate,
Forming a buried contact pattern extending in a second direction perpendicular to the first direction on the substrate,
Forming a hard mask layer on the buried contact pattern,
Etching the buried contact pattern and the hard mask layer in the second direction to form a buried contact, a first trench exposing the gate structure, and a second trench unexposing the gate structure,
Performing an ion implantation process,
Forming a fence filling the first and second trenches,
The fence includes a lower fence and an upper fence on the lower fence,
And the lower fence is formed by performing the ion implantation process.
상기 하부 펜스는 상기 기판에서 상기 제2 방향으로 멀어짐에 따라 상기 하부 펜스의 제3 방향으로의 폭이 점진적으로 감소하는 부분을 포함하되,
상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직인 반도체 장치 제조 방법.The method of claim 7,
The lower fence includes a portion in which the width of the lower fence in the third direction gradually decreases as it moves away from the substrate in the second direction,
The method of manufacturing a semiconductor device in which the third direction is perpendicular to the first direction and the second direction.
상기 하부 펜스는 제1 하부 펜스와 상기 제1 하부 펜스 상에 배치되는 제2 하부 펜스를 포함하고,
상기 제1 하부 펜스는 상기 기판에서 상기 제2 방향으로 멀어짐에 따라 상기 제1 하부 펜스의 상기 제3 방향으로의 폭이 점진적으로 증가하는 부분을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.The method of claim 8,
The lower fence includes a first lower fence and a second lower fence disposed on the first lower fence,
The method of manufacturing a semiconductor device of the first lower fence including a portion in which a width of the first lower fence in the third direction gradually increases as the first lower fence moves away from the substrate in the second direction.
상기 상부 펜스와 상기 하부 펜스의 경계에서, 상기 상부 펜스는 아래로 볼록한 형상을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.The method of claim 7,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at a boundary between the upper fence and the lower fence, the upper fence has a convex downward shape.
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KR1020200108966A KR20200107895A (en) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
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US11844207B2 (en) | 2021-08-12 | 2023-12-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device including buried contact and method for manufacturing the same |
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- 2020-08-28 KR KR1020200108966A patent/KR20200107895A/en unknown
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