KR20230047969A - Semiconducter device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
반도체 메모리 장치의 집적도가 높아짐에 따라 회로들이 더욱 미세해지고 있으며, 이에 따라 디자인 룰이 감소하여 공정이 점차 복잡하고 어려워지고 있다.As the degree of integration of semiconductor memory devices increases, circuits become more minute, and accordingly, design rules are reduced, making processes increasingly complex and difficult.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 반도체 장치의 불량을 줄이고 성능을 개선하는 것이다.A technical problem to be solved by the present invention is to reduce defects and improve performance of a semiconductor device.
본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치는, 반도체 기판, 상기 기판 내에 위치하는 활성 영역, 상기 활성 영역을 둘러 싸는 경계 절연층, 상기 절연층의 둘레에 위치하는 장벽층, 상기 활성 영역을 가로지르는 제1 게이트 구조물, 상기 활성 영역의 제1 부분과 접촉하는 제1 컨택, 그리고 상기 활성 영역의 제2 부분 및 상기 장벽층과 접촉하는 제2 컨택을 포함하며, 상기 활성 영역의 제1 부분과 제2 부분은 상기 제1 게이트 구조물을 중심으로 반대 쪽에 위치한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, an active region positioned within the substrate, a boundary insulating layer surrounding the active region, a barrier layer positioned around the insulating layer, and a barrier layer extending across the active region. a first gate structure, a first contact in contact with the first portion of the active region, and a second contact in contact with the second portion of the active region and the barrier layer; Part 2 is located on the opposite side of the first gate structure.
상기 반도체 장치는 상기 제1 게이트 구조물과 평행하게 상기 활성 영역을 가로지르는 제2 게이트 구조물을 더 포함하고, 상기 활성 영역은 상기 게이트 구조물을 중심으로 상기 활성 영역의 제1 부분과 반대 쪽에 위치하는 제3 부분을 더 포함하고, 상기 장벽층은 상기 활성 영역의 제1, 제2, 제3 부분 둘레에 각각 위치하는 제1, 제2 및 제3 부분을 포함하고, 상기 반도체 장치는 상기 활성 영역의 제3 부분 및 상기 장벽층의 제3 부분과 접촉하는 제3 컨택을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device further includes a second gate structure crossing the active region in parallel with the first gate structure, wherein the active region is positioned on an opposite side of the first portion of the active region with the gate structure as a center. The semiconductor device further includes three portions, wherein the barrier layer includes first, second, and third portions positioned around the first, second, and third portions of the active region, respectively, and wherein the semiconductor device comprises: A third contact contacting the third portion and the third portion of the barrier layer may be further included.
상기 장벽층은 상기 기판의 제1 트렌치 내에 위치하며, 상기 게이트 구조물은 상기 기판의 제2 트렌치 내에 위치할 수 있다.The barrier layer may be positioned within a first trench of the substrate, and the gate structure may be positioned within a second trench of the substrate.
상기 제2 트렌치는 상기 제1 트렌치보다 깊을 수 있다.The second trench may be deeper than the first trench.
상기 게이트 구조물은 차례로 적층된 게이트 도전층과 캐핑 절연층을 포함하며, 상기 장벽층의 바닥면은 상기 캐핑 절연층의 바닥면에 못 미칠 수 있다.The gate structure includes a gate conductive layer and a capping insulating layer sequentially stacked, and a bottom surface of the barrier layer may not reach a bottom surface of the capping insulating layer.
상기 제2 트렌치는 상기 제1 트렌치보다 얕을 수 있다.The second trench may be shallower than the first trench.
본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 기판에 제1 트렌치를 형성하여 활성 영역을 정의하는 단계, 상기 제1 트렌치 측벽에 제1 절연층 및 장벽층을 형성하는 단계, 상기 활성 영역을 가로지르며 서로 평행한 제2 및 제3 트렌치를 형성하는 단계, 상기 제2 및 제3 트렌치 내에 게이트 구조물을 형성하는 단계, 그리고 상기 활성 영역의 제1, 제2 및 제3 부분과 각각 접촉하는 제1, 제2 및 제3 컨택을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 활성 영역의 제1 부분은 상기 제2 트렌치와 상기 제3 트렌치 사이에 위치하고, 상기 활성 영역의 제2 및 제3 부분은 각각 상기 제2 및 제3 트렌치를 사이에 두고 상기 제1 부분과 반대 쪽에 위치하며, 상기 제2 컨택과 상기 제3 컨택은 상기 장벽층과 접촉한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming a first trench in a semiconductor substrate to define an active region, forming a first insulating layer and a barrier layer on sidewalls of the first trench, forming second and third trenches that are parallel to each other across the active region, forming gate structures within the second and third trenches, and forming first, second, and third portions of the active region, respectively. and forming first, second and third contacts, wherein the first portion of the active region is positioned between the second trench and the third trench, and the second and third portions of the active region are positioned between the second trench and the third trench. is positioned opposite to the first portion with the second and third trenches interposed therebetween, and the second contact and the third contact contact the barrier layer.
상기 장벽층은 상기 제2 및 제3 트렌치에 의하여 복수의 부분으로 분리되며, 상기 제2 컨택과 상기 제3 컨택은 상기 장벽층의 서로 다른 부분과 접촉할 수 있다.The barrier layer may be divided into a plurality of portions by the second and third trenches, and the second contact and the third contact may contact different portions of the barrier layer.
상기 제1 컨택은 상기 장벽층과 접촉하지 않을 수 있다.The first contact may not contact the barrier layer.
상기 제2 및 제3 트렌치는 상기 제1 트렌치보다 깊을 수 있다.The second and third trenches may be deeper than the first trench.
이와 같이 활성 영역의 둘레에 장벽층을 배치함으로써 커패시터의 정전 용량을 늘이고 데이터 손실을 줄일 수 있다.As such, by disposing the barrier layer around the active region, capacitance of the capacitor can be increased and data loss can be reduced.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 배치도이고, 도 2는 도 1의 반도체 장치를 II-II 선을 따라 절단한 단면도의 한 예이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 구조에서 장벽층이 있는 경우와 없는 경우의 깊이에 따른 전위를 도시한 그래프이다.
도 4, 도 7 및 도 9는 도 2의 반도체 장치를 제조하는 중간 과정에서의 배치도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 반도체 장치를 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 반도체 장치를 VIII-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 반도체 장치를 X-X 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
도 13 내지 도 17은 도 12에 도시한 반도체 장치를 제조하는 중간 단계에서의 개략적인 단면도로서 도 12의 XIII-XIII 선을 따라 잘라 도시한 것이다.1 is a schematic layout view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 1 taken along line II-II.
FIG. 3 is a graph showing the potential according to the depth in the structure shown in FIGS. 1 and 2 with and without a barrier layer.
4, 7, and 9 are layout views in an intermediate process of manufacturing the semiconductor device of FIG. 2 .
5 and 6 are cross-sectional views of the semiconductor device of FIG. 4 taken along line VV.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 7 taken along line VIII-VIII.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 9 taken along line XX.
11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
12 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
13 to 17 are schematic cross-sectional views taken along line XIII-XIII of FIG. 12 in an intermediate stage of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 12 .
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
첨부한 도면은 DRAM(dynamic random access memory)에 관한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The accompanying drawings relate to dynamic random access memory (DRAM), but the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 배치도이고, 도 2는 도 1의 반도체 장치를 II-II 선을 따라 절단한 단면도의 한 예이다.FIG. 1 is a schematic layout view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 1 taken along line II-II.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치는 복수의 활성 영역(AC), 복수의 직접 컨택(direct contact)(DC), 복수의 매몰 컨택(buried contact)(BC) 및 복수의 워드 라인(word line)(WL)을 포함한다. 반도체 장치는 또한 복수의 비트 라인(bit line)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of active regions (AC), a plurality of direct contacts (DC), a plurality of buried contacts (BC), and a plurality of It includes a word line (WL) of. The semiconductor device may also include a plurality of bit lines (not shown).
복수의 워드 라인(WL)은 예를 들어 x 방향으로. 예를 들어 서로 평행하게 뻗을 수 있으며, 균일한 간격으로 배치될 수 있다.A plurality of word lines WL are in the x direction, for example. For example, they may run parallel to each other and may be spaced evenly.
비트 라인은 워드 라인(WL)과 교차, 예를 들어 직교할 수 있다. 워드 라인(WL)이 예를 들어 x 방향으로 뻗은 경우 비트 라인은 y 방향으로 뻗을 수 있다. 복수의 비트 라인은 서로 평행하게 균일한 간격으로 배치될 수 있다.The bit line may cross, for example, be orthogonal to the word line WL. When the word line WL extends in the x direction, for example, the bit line may extend in the y direction. A plurality of bit lines may be arranged parallel to each other at even intervals.
워드 라인(WL)과 비트 라인은 전기적으로 절연되며, 워드 라인(WL)과 비트 라인은 서로 교차하여 셀을 정의할 수 있다. 예를 들어 워드 라인(WL)과 비트 라인은 절연층을 사이에 두고 교차할 수 있는데, 교차점에서 비트 라인이 워드 라인(WL) 위에 위치할 수 있다. 그러나 워드 라인(WL)과 비트 라인의 상하 관계는 이에 한정되지 않는다.The word line WL and the bit line are electrically insulated, and the word line WL and the bit line may cross each other to define a cell. For example, the word line WL and the bit line may intersect with an insulating layer interposed therebetween, and the bit line may be positioned above the word line WL at the intersection. However, the vertical relationship between the word line WL and the bit line is not limited thereto.
워드 라인(WL)과 비트 라인의 폭, 워드 라인(WL) 사이의 간격, 비트 라인 사이의 간격 등은 디자인 룰에 따라 결정될 수 있다.Widths of word lines WL and bit lines, intervals between word lines WL, and intervals between bit lines may be determined according to design rules.
각각의 활성 영역(AC)은 절연층을 사이에 두고 워드 라인(WL)과 교차하고, 비트 라인과 연결될 수 있다. 각각의 활성 영역(AC)은 또한 커패시터(도시하지 않음)와 연결될 수 있다. 이와 같은 구조를 통하여 활성 영역(AC)에 채널을 가지는 트랜지스터를 형성할 수 있는데, 이때 워드 라인(WL)은 게이트 도전층의 역할을 하고, 활성 영역(AC)에서 워드 라인(WL)의 양쪽에 위치한 부분은 소스/드레인 영역으로서 기능한다.Each active region AC may cross the word line WL with an insulating layer interposed therebetween and may be connected to the bit line. Each active region AC may also be connected to a capacitor (not shown). Through this structure, it is possible to form a transistor having a channel in the active region AC. In this case, the word line WL serves as a gate conductive layer and is formed on both sides of the word line WL in the active region AC. The located portion functions as a source/drain area.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 도 1을 참고하면, 복수의 활성 영역(AC)은 행렬의 형태로 규칙적으로 배열된다. 그러나 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 2 행마다 규칙적인 배열을 가지고, 인접한 행은 서로 엇갈리게 배치될 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, referring to FIG. 1 , a plurality of active regions AC are regularly arranged in a matrix form. However, the embodiment of the present invention is not limited thereto, and, for example, every two rows have a regular arrangement, and adjacent rows may be staggered from each other.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 활성 영역(AC)은 단축 및 장축을 가지는 비교적 긴 섬 모양일 수 있으며, 예를 들어 대각선(diagonal line) 또는 사선(oblique line) 방향으로 긴 막대(bar) 모양일 수 있다. 이러한 모양은 반도체 장치의 디자인 룰 감소에 따른 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예에 따른 활성 영역(AC)의 모양은 이에 한정되지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the active region AC may have a relatively long island shape having a short axis and a long axis, for example, a long bar shape in a diagonal line or an oblique line direction. can be This shape is only based on the reduction of the design rule of the semiconductor device, and the shape of the active region AC according to the exemplary embodiment is not limited thereto.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 각각의 활성 영역(AC)은 두 개의 워드 라인(WL)과 교차하고 하나의 비트 라인과 연결될 수 있다. 이 경우 활성 영역(AC)은 워드 라인(WL)을 경계로 3 부분으로 나뉠 수 있으며, 가운데 부분은 직접 컨택(DC)을 통하여 비트 라인과 연결되고, 양끝 부분은 매몰 컨택(buried contact)(BC)을 통하여 커패시터(도시하지 않음)와 연결될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, each active region AC may cross two word lines WL and be connected to one bit line. In this case, the active region AC can be divided into three parts with the word line WL as a boundary, the middle part is connected to the bit line through the direct contact DC, and both ends have buried contacts (BC). ) It may be connected to a capacitor (not shown) through.
직접 컨택(DC)은 비트 라인 및 활성 영역(AC)과 중첩하고 이들과 접촉할 수 있으며, 활성 영역(AC)의 중앙에 위치할 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 활성 영역(AC)의 양 끝 부분과 중첩하고 이에 접촉할 수 있다.The direct contact DC may overlap and contact the bit line and the active region AC, and may be located at the center of the active region AC. The buried contact BC may overlap and contact both ends of the active region AC.
그러나 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고 다양한 배치를 가질 수 있다.However, embodiments of the present invention are not limited thereto and may have various arrangements.
앞서 설명한 워드 라인(WL), 비트 라인, 활성 영역(AC), 직접 컨택(DC), 매몰 컨택(BC) 등은 다양한 구조물로 구현할 수 있다.The aforementioned word line (WL), bit line, active region (AC), direct contact (DC), buried contact (BC), and the like can be implemented with various structures.
도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치는 기판(10)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 실리콘 기판 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 이와 달리, 기판(10)은 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.Referring to FIG. 2 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment may include a
활성 영역(CA)은 기판(10) 내에 형성된 영역 분리층(14)에 의하여 정의될 수 있다. 즉, 기판(10)에서 영역 분리층(14)이 없는 부분이 활성 영역(AC)이 될 수 있다.The active region CA may be defined by the
영역 분리층(14)은 기판(10) 표면에서 소정 깊이를 차지할 수 있으며, 기판(10) 표면에서 소정 깊이로 트렌치를 형성한 후 절연물로 이를 메운 STI(shallow trench isolation) 구조를 가질 수 있다.The
영역 분리층(14)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에서 영역 분리층(14)은 단일층으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 영역 분리층(14)은 그 폭에 따라 각각 하나의 절연층으로 형성될 수도 있고, 복수의 절연층으로 형성될 수도 있다.The
영역 분리층(14)과 활성 영역(AC) 사이에는 장벽층(15)과 경계 절연층(16)이 위치한다. 장벽층(15)은 영역 분리층(14)과 접하고, 경계 절연층(16)은 활성 영역(AC)에 접한다.A
활성 영역(AC)이 섬 모양이므로 장벽층(15)은 대략 활성 영역(AC)을 둘러싸는 모양이 된다. 그러나 장벽층(15)은 워드 라인(WL)을 경계로 중앙에 위치한 두 부분과 양쪽 끝에 위치한 두 부분이 서로 나뉘어 있을 수 있다.Since the active region AC has an island shape, the
경계 절연층(16)도 장벽층(15)과 비슷한 모양을 가질 수 있다. 그러나 경계 절연층(16)은 영역 분리층(14)의 하부로 연장되어 영역 분리층(14)을 수용하는 트렌치의 표면 전체를 덮을 수도 있다.The
장벽층(15)은 금속을 포함하는 얇은 막으로서 두께는 약 3 ~ 4 nm일 수 있다. 장벽층(15)은 예를 들어, TiN, TaC, TaN, TiSiN, TaSiN, TaTiN, TiAlN, TaAlN, WN, Ru, TiAl, TiAlC-N, TiAlC, TiC, TaCN, W, Al, Cu, Co, Ti, Ta, Ni, Pt, Ni-Pt, Nb, NbN, NbC, Mo, MoN, MoC, WC, Rh, Pd, Ir, Ag, Au, Zn, V, RuTiN, TiSi, TaSi, NiSi, CoSi, IrOx, RuOx 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
경계 절연층(16)은 절연물을 포함하는 얇은 막으로서 두께는 약 3 ~ 5 nm일 수 있다. 경계 절연층(16)은 영역 분리층(14)과 동일한 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 경계 절연층(16)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The
본 발명의 한 실시예에 따른 워드 라인(WL)은 매몰형일 수 있다. 도 2에서 기판(10) 내에 형성된 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)이 워드 라인(WL)과 관련된다. 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)은 영역 분리층(14)과 활성 영역(AC)을 가로지를 수 있으며, 활성 영역(AC)을 둘러싸는 폐곡면 모양의 장벽층(15)을 중앙의 두 부분과 양끝 부분으로 나눌 수 있다. 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)은 차례로 적층된 게이트 도전층(24), 캐핑(capping) 도전층(25) 및 캐핑 절연층(26)과 이들을 둘러싸는 게이트 절연층(22)을 포함할 수 있다. 여기에서, 게이트 도전층(24)은 워드 라인(WL)에 대응할 수 있다.The word line WL according to an embodiment of the present invention may be a buried type. In FIG. 2 ,
게이트 구조물(22, 24, 25, 26)은 기판(10)에 트렌치를 파고 게이트 절연층(22)을 트렌치 표면에 형성한 후 내부에 3개 층(24, 25, 26)을 적층하여 형성할 수 있다. 트렌치의 깊이는 영역 분리층(14)보다 깊을 수 있으며 이에 따라 장벽층(15)이 여러 부분으로 나뉠 수 있다.The
도 2를 참고하면, 게이트 절연층(22)은 트렌치의 표면을 얇게 도포하는 형태로, 표면의 굴곡을 따라 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 2 , the
게이트 절연층(22)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전 상수를 갖는 고유전율 물질 중 적어도 하나를 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
게이트 도전층(24)은 게이트 절연층(22) 상에 위치할 수 있으며, 트렌치의 하부 공간을 채울 수 있다. 게이트 도전층(24)은 단일층으로 이루어질 수도 있고 다중층으로 이루어질 수도 있다.The gate
게이트 도전층(24) 및 캐핑 도전층(25)은 예를 들어, 금속, 금속 합금, 도전성 금속 질화물, 도전성 금속 탄질화물, 도전성 금속 탄화물, 금속 실리사이드, 도핑된 반도체 물질, 도전성 금속 산질화물 및 도전성 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 도전층(24)은 예를 들어, TiN, TaC, TaN, TiSiN, TaSiN, TaTiN, TiAlN, TaAlN, WN, Ru, TiAl, TiAlC-N, TiAlC, TiC, TaCN, W, Al, Cu, Co, Ti, Ta, Ni, Pt, Ni-Pt, Nb, NbN, NbC, Mo, MoN, MoC, WC, Rh, Pd, Ir, Ag, Au, Zn, V, RuTiN, TiSi, TaSi, NiSi, CoSi, IrOx, RuOx 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate
캐핑 절연층(26)은 게이트 도전층(24) 위에 배치될 수 있으며, 트렌치의 상부 공간을 채울 수 있다. 도 2에서는 게이트 절연층(22)이 트렌치의 측벽을 모두 덮는 것으로 도시하였지만, 게이트 절연층(22)이 트렌치의 측벽 하부만을 덮고 측벽 상부는 캐핑 절연층(26)과 접촉할 수 있다.The capping insulating
캐핑 절연층(26)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.The capping insulating
직접 컨택(DC)은 활성 영역(AC)을 가로지르는 두 워드 라인(WL) 사이에 위치하며 활성 영역(AC)에 형성된 직접 컨택 홀을 통하여 활성 영역(AC)과 접촉할 수 있다. 직접 컨택(DC)은 폴리실리콘, 금속 등 도전체를 포함할 수 있다. 직접 컨택(DC)은 비트 라인과 연결될 수 있다.The direct contact DC is positioned between two word lines WL crossing the active region AC and may contact the active region AC through a direct contact hole formed in the active region AC. The direct contact DC may include a conductor such as polysilicon or metal. A direct contact (DC) may be connected to the bit line.
매몰 컨택(BC)은 활성 영역(AC)의 양 끝 부분과 중첩하며, 활성 영역(AC)과 장벽층(15)을 노출하는 매몰 컨택 홀을 통하여 활성 영역(AC) 및 장벽층(15)과 접촉한다. 매몰 컨택(BC)은 커패시터와 연결될 수 있다.The buried contact BC overlaps both ends of the active region AC and exposes the active region AC and the
매몰 컨택(BC)은 예를 들어, 불순물을 함유하는 반도체 물질, 도전성 실리사이드 화합물, 도전성 금속 질화물 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 예를 들어 불순물을 함유한 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 매몰 컨택(BC)은 예를 들어 인(Phosphorus), 아세닉(Arsenic), 붕소(Boron) 또는 이들의 조합을 불순물로 함유하는 폴리실리콘을 포함할 수 있다.The buried contact BC may include, for example, at least one of a semiconductor material containing impurities, a conductive silicide compound, a conductive metal nitride, and a metal. The buried contact BC may include, for example, polysilicon containing impurities. The buried contact BC may include, for example, polysilicon containing phosphorus, arsenic, boron, or a combination thereof as an impurity.
직접 컨택 홀과 매몰 컨택 홀은 기판(10) 위에 적층된 절연 버퍼층(도시하지 않음)에 형성될 수 있다.The direct contact hole and the buried contact hole may be formed in an insulating buffer layer (not shown) stacked on the
이와 같은 구조를 가지는 반도체 메모리 장치에서 1을 저장할 때 장벽층(15)은 양 전하로 대전되므로 전기장이 줄어들고, 0을 저장할 때는 장벽층(15)은 전자로 대전되므로 역시 전기장이 줄어든다. 이는 매몰 컨택(BC)에 연결되는 커패시터의 전극 면적이 늘어난 것과 마찬가지이며, 이에 따라 정전 용량이 늘어나고 손실 데이터가 줄어들 수 있다.In the semiconductor memory device having such a structure, when storing 1, the
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 구조에서 장벽층이 있는 경우와 없는 경우의 깊이에 따른 전위를 도시한 것으로서, 장벽층이 없는 경우에는 조금만 내려가도 전위가 급격히 상승/하강하지만, 장벽층이 있는 경우에는 깊이에 따른 전위 차이가 급격하지 않음을 보여주고 있다.Figure 3 shows the potential according to the depth in the case of the presence and absence of the barrier layer in the structures shown in Figures 1 and 2. In the case of the absence of the barrier layer, the potential rises / falls rapidly even if it goes down a little, but the barrier layer This shows that the potential difference according to the depth is not sharp when there is .
그러면, 도 4 내지 도 10을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.Then, a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 10 .
도 4, 도 7 및 도 9는 도 2의 반도체 장치를 제조하는 중간 과정에서의 배치도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 반도체 장치를 V-V 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 7의 반도체 장치를 VIII-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9의 반도체 장치를 X-X 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.4, 7, and 9 are layout views in an intermediate process of manufacturing the semiconductor device of FIG. 2, FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views of the semiconductor device of FIG. 4 taken along the line V-V, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line VIII-VIII, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 9 taken along line X-X.
도 4 및 도 5를 참고하면, 기판(10)에 활성 영역(AC)을 정의하는 트렌치(13)를 형성한 다음, 도 6을 참고하면, 장벽층(15)과 경계 절연층(16)을 적층한다.Referring to FIGS. 4 and 5 , a
도 7 및 도 8을 참고하면, 장벽층(15)과 경계 절연층(16)을 건식 식각하여 트렌치(13) 바닥면과 기판(10) 상부에 위치한 장벽층(15)과 경계 절연층(16)을 제거한다. 그러면 트렌치(13)의 측벽에만 장벽층(15)과 경계 절연층(16)이 남으며, 활성 영역(AC)을 둘러싸는 형태가 된다.Referring to FIGS. 7 and 8 , the
이어, 트렌치(13)를 영역 분리층(14)으로 채운다. 구체적으로는 절연막을 적층하고 건식 식각하거나 연마하여 절연막의 높이를 낮출 수 있다.Next, the
다음, 도 9 및 도 10을 참고하면, 기판(10)에 한 방향으로 활성 영역(AC)을 가로지르며 뻗은 복수의 트렌치(20)를 형성한다. 두 개의 트렌치(20) 가 하나의 활성 영역(AC)을 가로지르며 트렌치(20)의 깊이는 이전에 형성한 트렌치(13)보다 깊을 수 있다. 이에 따라 하나의 활성 영역(AC)을 둘러싸는 장벽층(15)과 경계 절연층(16)이 4 개의 부분, 즉 중앙의 두 부분과 양 끝 부분으로 분리된다.Next, referring to FIGS. 9 and 10 , a plurality of
이어 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 트렌치(20) 내에 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)을 형성하고, 직접 컨택(DC)과 매몰 컨택(BC)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 1 and 2 ,
다음, 도 11을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치에 대하여 상세하게 설명한다.Next, referring to FIG. 11 , a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 반도체 장치는, 도 2에 도시한 반도체 장치와 마찬가지로, 활성 영역(AC), 직접 컨택(DC), 매몰 컨택(BC), 게이트 구조물(22, 24, 25, 26), 영역 분리층(14), 그리고 경계 절연층(16)과 장벽층(15)을 포함한다.Referring to FIG. 11 , the semiconductor device according to the present embodiment, like the semiconductor device shown in FIG. 2 , includes an active region AC, a direct contact DC, a buried contact BC,
본 실시예에 따른 영역 분리층(14)은 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)보다 깊지만, 장벽층(15)은 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)의 캐핑 도전층(25)에 이르지 않는다. 따라서 게이트 구조물(22, 24, 25, 26)을 위한 트렌치(도 9, 도 10의 20)가 영역 분리층(14)보다 깊지 않아도 장벽층(15)의 분리가 가능하다.The
다음, 도 12 내지 도 17을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치에 대하여 상세하게 설명한다.Next, referring to FIGS. 12 to 17 , a semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described in detail.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이고, 도 13 내지 도 17은 도 12에 도시한 반도체 장치를 제조하는 중간 단계에서의 개략적인 단면도로서 도 12의 XIII-XIII 선을 따라 잘라 도시한 것이다.12 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 13 to 17 are schematic cross-sectional views in an intermediate stage of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 12 along line XIII-XIII in FIG. It is cut along and shown.
도 12 및 도 17을 참고하면, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 도 2에 도시한 반도체 장치와 마찬가지로, 활성 영역(AC), 직접 컨택(DC), 매몰 컨택(BC), 게이트 구조물(22, 24, 26), 영역 분리층(14), 그리고 경계 절연층(16)과 장벽층(15)을 포함한다.Referring to FIGS. 12 and 17 , the semiconductor device according to the present embodiment, like the semiconductor device shown in FIG. 2 , has an active region AC, a direct contact DC, a buried contact BC, a
본 실시예에서는 장벽층(15)이 매몰 컨택(BC)과 일체로 되어 있으며, 장벽층(15)이 경계 절연층(16)의 측벽 윗면을 덮는다. 경계 절연층(16)은 영역 분리층(14)의 아랫면에도 존재한다.In this embodiment, the
게이트 구조물(22, 24, 26)은 게이트 절연층(22), 게이트 도전층(24) 및 캐핑 절연층(26)을 포함하며, 도 2와 달리 캐핑 도전층(25)은 따로 형성하지 않는다.The
본 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에서는, 먼저, 도 13을 참고하면, 활성 영역(AC)을 위한 트렌치 형성 후 경계 절연층(16)을 적층하고 트렌치 내부를 제외한 나머지 부분을 제거한다. 희생층(12)을 적층하고 식각하여 경계 절연층(16)을 덮는 부분과 측벽만 남기고 제거한다. 이어 트렌치 내부를 영역 분리층(14)으로 채운다.In the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, first, referring to FIG. 13 , after forming the trench for the active region AC, the
도 14를 참고하면, 게이트 구조물(22, 24, 26)을 위한 트렌치를 형성하고 트렌치 내부에 게이트 절연층(22)을 형성한다. 도 15를 참고하면 게이트 절연층(22)이 표면에 형성된 트렌치 내부에 게이트 도전층(24) 및 캐핑 절연층(26)을 형성한다.Referring to FIG. 14 , trenches for the
도 16을 참고하면, 한 쌍의 인접한 게이트 구조물(22, 24, 26)과 그 사이 영역을 감광막(30)을 덮고 희생층(12)의 노출된 부분을 제거한다. 도면 부호 17은 희생층(12)이 제거되고 빈 공간을 나타낸다.Referring to FIG. 16 , a pair of
도 17을 참고하면, 매몰 컨택(BC)을 위한 도전층을 적층하며, 이때, 희생층(12)이 제거되고 빈 공간(17)에 도전층이 채워지고 이 부분이 장벽층(15)이 된다. 이어 도전층을 식각하여 매몰 컨택(BC)을 형성하고 감광막(30)을 제거한다.Referring to FIG. 17, a conductive layer for the buried contact BC is stacked. At this time, the
Claims (10)
상기 기판 내에 위치하는 활성 영역,
상기 활성 영역을 둘러싸는 경계 절연층,
상기 절연층의 둘레에 위치하는 장벽층,
상기 활성 영역을 가로지르는 제1 게이트 구조물,
상기 활성 영역의 제1 부분과 접촉하는 제1 컨택, 그리고
상기 활성 영역의 제2 부분 및 상기 장벽층과 접촉하는 제2 컨택
을 포함하며,
상기 활성 영역의 제1 부분과 제2 부분은 상기 제1 게이트 구조물을 중심으로 반대 쪽에 위치하는
반도체 장치.semiconductor substrate,
an active region located within the substrate;
A boundary insulating layer surrounding the active region;
A barrier layer positioned around the insulating layer,
A first gate structure crossing the active region;
a first contact in contact with a first portion of the active area; and
a second contact in contact with the second portion of the active region and the barrier layer;
Including,
The first part and the second part of the active region are located on opposite sides of the first gate structure.
semiconductor device.
상기 반도체 장치는 상기 제1 게이트 구조물과 평행하게 상기 활성 영역을 가로지르는 제2 게이트 구조물을 더 포함하고,
상기 활성 영역은 상기 게이트 구조물을 중심으로 상기 활성 영역의 제1 부분과 반대 쪽에 위치하는 제3 부분을 더 포함하고,
상기 장벽층은 상기 활성 영역의 제1, 제2, 제3 부분 둘레에 각각 위치하는 제1, 제2 및 제3 부분을 포함하고,
상기 반도체 장치는 상기 활성 영역의 제3 부분 및 상기 장벽층의 제3 부분과 접촉하는 제3 컨택을 더 포함하는,
반도체 장치.In paragraph 1,
The semiconductor device further includes a second gate structure crossing the active region in parallel with the first gate structure;
The active region further includes a third portion located on the opposite side of the first portion of the active region with respect to the gate structure;
the barrier layer includes first, second, and third portions positioned around the first, second, and third portions of the active region, respectively;
The semiconductor device further comprises a third contact contacting the third portion of the active region and the third portion of the barrier layer.
semiconductor device.
상기 장벽층은 상기 기판의 제1 트렌치 내에 위치하며,
상기 게이트 구조물은 상기 기판의 제2 트렌치 내에 위치하는
반도체 장치.In paragraph 2,
the barrier layer is located in the first trench of the substrate;
The gate structure is located in the second trench of the substrate
semiconductor device.
상기 제2 트렌치는 상기 제1 트렌치보다 깊은 반도체 장치.In paragraph 3,
The second trench is deeper than the first trench.
상기 게이트 구조물은 차례로 적층된 게이트 도전층과 캐핑 절연층을 포함하며,
상기 장벽층의 바닥면은 상기 캐핑 절연층의 바닥면에 못 미치는
반도체 장치.In paragraph 3,
The gate structure includes a gate conductive layer and a capping insulating layer sequentially stacked,
The bottom surface of the barrier layer is less than the bottom surface of the capping insulating layer.
semiconductor device.
상기 제2 트렌치는 상기 제1 트렌치보다 얕은 반도체 장치.In paragraph 5,
The second trench is shallower than the first trench.
상기 제1 트렌치 측벽에 제1 절연층 및 장벽층을 형성하는 단계,
상기 활성 영역을 가로지르며 서로 평행한 제2 및 제3 트렌치를 형성하는 단계,
상기 제2 및 제3 트렌치 내에 게이트 구조물을 형성하는 단계, 그리고
상기 활성 영역의 제1, 제2 및 제3 부분과 각각 접촉하는 제1, 제2 및 제3 컨택을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 활성 영역의 제1 부분은 상기 제2 트렌치와 상기 제3 트렌치 사이에 위치하고,
상기 활성 영역의 제2 및 제3 부분은 각각 상기 제2 및 제3 트렌치를 사이에 두고 상기 제1 부분과 반대 쪽에 위치하며,
상기 제2 컨택과 상기 제3 컨택은 상기 장벽층과 접촉하는
반도체 장치의 제조 방법.Forming a first trench in the semiconductor substrate to define an active region;
Forming a first insulating layer and a barrier layer on sidewalls of the first trench;
forming second and third trenches that are parallel to each other and cross the active region;
forming gate structures in the second and third trenches; and
forming first, second and third contacts respectively contacting the first, second and third portions of the active region;
Including,
a first portion of the active region is located between the second trench and the third trench;
The second and third portions of the active region are positioned on opposite sides of the first portion with the second and third trenches interposed therebetween;
The second contact and the third contact contact the barrier layer.
A method of manufacturing a semiconductor device.
상기 장벽층은 상기 제2 및 제3 트렌치에 의하여 복수의 부분으로 분리되며,
상기 제2 컨택과 상기 제3 컨택은 상기 장벽층의 서로 다른 부분과 접촉하는
반도체 장치의 제조 방법.In paragraph 7,
The barrier layer is separated into a plurality of parts by the second and third trenches,
The second contact and the third contact contact different portions of the barrier layer.
A method of manufacturing a semiconductor device.
상기 제1 컨택은 상기 장벽층과 접촉하지 않는 반도체 장치의 제조 방법.In paragraph 8,
The method of claim 1 , wherein the first contact does not contact the barrier layer.
상기 제2 및 제3 트렌치는 상기 제1 트렌치보다 깊은 반도체 장치의 제조 방법.
In paragraph 8,
The second and third trenches are deeper than the first trench.
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KR1020230016197A KR20230047969A (en) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | Semiconducter device and manufacturing method thereof |
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