KR101150463B1 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101150463B1 KR101150463B1 KR1020080023442A KR20080023442A KR101150463B1 KR 101150463 B1 KR101150463 B1 KR 101150463B1 KR 1020080023442 A KR1020080023442 A KR 1020080023442A KR 20080023442 A KR20080023442 A KR 20080023442A KR 101150463 B1 KR101150463 B1 KR 101150463B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- abandoned
- conductive layer
- filler
- forming
- registration fee
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 61
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 40
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 18
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N dichlorosilicon Chemical compound Cl[Si]Cl BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66666—Vertical transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7827—Vertical transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 소스/드레인 영역으로 정의되는 수직형 필러 상측과 채널 영역으로 정의되는 수직형 필러 하측의 굵기가 동일하여 수직형 필러가 부러지는 현상을 방지할 수 있는 기술을 개시한다. 이를 위해, 본 발명은 반도체 기판 상부에 형성된 수직한 형태의 필러와, 소스/드레인 예정영역의 필러 측벽에 형성된 스페이서 및 스페이서 하측의 필러 측벽에 형성된 수직형 써라운드 게이트를 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and has a thickness equal to an upper side of a vertical pillar defined as a source / drain region and a lower side of a vertical pillar defined as a channel region, thereby preventing a vertical filler from breaking. Discuss the technology. To this end, the present invention includes a vertical filler formed on the semiconductor substrate, a spacer formed on the filler sidewall of the source / drain predetermined region, and a vertical surround gate formed on the filler sidewall under the spacer.
써라운드 게이트, 스페이서 Surround Gate, Spacer
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 소스/드레인 영역으로 정의되는 수직형 필러 상측과 채널 영역으로 정의되는 수직형 필러 하측의 굵기가 동일하여 수직형 필러가 부러지는 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same. In particular, the thickness of the vertical pillars defined as the source / drain regions and the vertical pillars defined as the channel regions is the same to prevent the vertical pillars from being broken. The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same.
최근 디램(DRAM)과 같은 반도체 소자의 경우, 제한된 영역에 더 많은 트랜지스터를 형성하여 그 집적도를 높이는 기술이 요구되고 있다. 이를 위하여, 작은 면적에 메모리 셀 소자를 넣는 것이 가능한 수직형 트랜지스터 기술이 제안되었다. 메모리 소자의 경우, 수직형 트랜지스터는 수직형 채널을 둘러싸는 써라운드 게이트(Surrounding gate) 구조를 제공한다.Recently, in the case of semiconductor devices such as DRAMs, a technique for increasing the degree of integration by forming more transistors in a limited area is required. For this purpose, a vertical transistor technology capable of putting a memory cell element in a small area has been proposed. In the case of a memory device, the vertical transistor provides a surrounding gate structure surrounding the vertical channel.
이러한 써라운드 게이트 구조는 4F2에 형성하기 위해 채널 영역을 선택적으로 등방성 식각하여 채널 영역을 소스/드레인 영역에 비해 상대적으로 가늘게 만든다. 써라운드 게이트 구조는 채널 영역의 전면이 게이트 전극으로 둘러싸여 게이트의 제어력을 극대할 수 있다. 또한, 써라운드 게이트 구조는 단채널 효과뿐만 아니 라 전류가 흐르는 면적이 가장 넓어 우수한 동작 전류 특성을 제공한다. 한편, 수직형 트랜지스터의 집적도를 증가시키기 위해 더 가늘고 긴 채널 구조를 요구하게 되었다.This surround gate structure selectively isotropically etches the channel region to form at 4F2, making the channel region relatively thinner than the source / drain regions. In the surround gate structure, the front surface of the channel region may be surrounded by the gate electrode to maximize the control power of the gate. In addition, the surround gate structure provides not only a short channel effect but also the widest current flow area to provide excellent operating current characteristics. On the other hand, thinner and longer channel structures are required to increase the density of vertical transistors.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자를 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing a semiconductor device according to the prior art.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10) 상부에 하드마스크 패턴(12)을 포함하는 원통형의 필러(미도시)가 규칙적으로 배열되어 있고, 각 필러 측벽에는 스페이서(14)가 형성되어 있다. Referring to FIG. 1, cylindrical pillars (not shown) including a
도 2a 내지 도 2b는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도로서, 도 1의 A-A' 절단면을 따라 도시한 것이다. 2A to 2B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art, and are shown along a cutting line AA ′ of FIG. 1.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(20) 상부에 패드 산화막(22) 및 하드마스크층(미도시)을 형성한다. 그 다음, 활성영역을 정의하는 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크층 패턴(24)을 형성한다. Referring to FIG. 2A, a
그 다음, 하드마스크층 패턴(24)을 식각 마스크로 패드 산화막(22) 및 반도체 기판(20)의 일부를 식각하여 소스/드레인 영역으로 예정된 제 1 필러(26)를 형성한다. 그 다음, 반도체 기판(20), 제 1 필러(26) 및 하드마스크층 패턴(24) 상부에 절연막(미도시)을 형성한다. 그 다음, 상기 절연막을 선택 식각하여 제 1 필러(26), 패드 산화막(22) 및 하드마스크층 패턴(24) 측벽에 스페이서(28)를 형성한다. Next, the
그 다음, 제 1 필러(26) 및 스페이서(28)를 식각 마스크로 반도체 기판(20)의 일부를 선택 식각하여 제 1 필러(26) 하부로 연장된 제 2 필러(미도시)를 형성 한다. 그 다음, 상기 제 2 필러에 대한 등방성 식각 공정을 수행하여 제 1 필러(26) 보다 폭이 좁고, 채널 영역으로 예정된 제 3 필러(30)를 형성한다. Next, a portion of the
도 2b를 참조하면, 제 3 필러(30) 및 반도체 기판(20) 표면에 게이트 절연막(32)을 형성한다. 그 다음, 게이트 절연막(32), 제 1 및 제 3 필러(26, 30) 상부에 도전층(미도시)을 형성하여 제 1 및 제 3 필러(26, 30) 사이를 매립한다. 그 다음, 하드마스크층 패턴(24)을 식각 마스크로 상기 도전층을 식각하여 제 3 필러(30)를 감싸는 써라운드 게이트(Surrounding gate)(34)를 형성한다.Referring to FIG. 2B, a
일반적으로, 50nm 이하의 선폭을 지닌 메모리 셀은 채널 구조가 매우 가늘어 부러지거나 쓰러지는 현상이 발생한다. 이것이 현상이 우수한 특성을 구비한 수직형 트랜지스터를 고집적화하는데 제약이다. 특히, 수직형 트랜지스터의 굵기가 일정할 때는 구조적으로 안정감이 있다. 하지만, 수직형 소자의 굵기가 일정하지 않으면, 구조적으로 안정감이 떨어진다. In general, a memory cell having a line width of 50 nm or less causes a channel structure to be very thin and broken or collapsed. This is a limitation to high integration of a vertical transistor having excellent characteristics. In particular, when the thickness of the vertical transistor is constant, there is structural stability. However, if the thickness of the vertical device is not constant, the structural stability is inferior.
이러한 불안한 구조를 갖는 수직형 트랜지스터는 후속 공정 시 쓰러지거나 부러져서 웨이퍼 상에 불순물을 형성한다. 따라서, 이러한 불순물로 인한 소자의 수율이 감소한다. 또한, 국부적인 등방성 식각시 균일도가 나쁘면 수직형 구조가 부러지는 문제점이 있다. Vertical transistors having such an unstable structure collapse or break in subsequent processing to form impurities on the wafer. Thus, the yield of devices due to such impurities is reduced. In addition, there is a problem that the vertical structure is broken if the uniformity is poor during local isotropic etching.
한편, 필러 상측부에 형성되는 소스/드레인 영역을 넓게 형성하기 위해 써라운드 게이트를 필러 표면에서부터 일정간격 이격시켜 형성한다. 이 경우 게이트-유도된 드레인 누설 전류(GIDL; Gate-Induced Drain Leakage)나 정션 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 또한, 후속 콘택 형성시 오정렬(misalign)이나 콘택홀의 선폭(CD) 증가로 인해 써라운드 게이트와의 브릿지 발생을 방지할 수 있다.Meanwhile, in order to form a wide source / drain region formed on the upper portion of the pillar, the surround gate is formed to be spaced apart from the pillar surface by a predetermined distance. In this case, gate-induced drain leakage (GIDL) or junction leakage current may be reduced. In addition, it is possible to prevent the occurrence of a bridge with the surround gate due to misalignment or increase in the line width (CD) of the contact hole during the subsequent contact formation.
그런데, 소자가 고집적화됨에 따라 수직형 구조의 단면적이 줄어들면서 써라운드 게이트를 갖는 트랜지스터를 제조하는 것보다 이를 어레이 형태로 만들어 워드라인으로 연결하는 구조를 제조하는 것이 더 어려워지고 있다. 특히, 수직형 구조가 부러지는 현상을 방지하기 위해 수직형 구조 측벽에 형성되는 스페이서가 얇게 형성된 상태이기 때문에, 써라운드 게이트를 연결하는 다마신(Damascene) 워드라인 형성시 필러의 상측이 노출되기 쉬워 소스/드레인 영역과 다마신 워드라인 간에 브릿지(Bridge)가 유발되는 문제점이 있다. However, as the device is highly integrated, the cross-sectional area of the vertical structure is reduced, and it is more difficult to manufacture a structure in which it is formed in an array form and connected to a word line than to manufacture a transistor having a surround gate. In particular, since the spacers formed on the sidewalls of the vertical structure are thinly formed to prevent the vertical structure from being broken, the upper side of the filler is easily exposed when forming a damascene word line connecting the surround gates. There is a problem that a bridge is caused between the source / drain area and the damascene word line.
본 발명은 다음과 같은 목적을 갖는다.The present invention has the following object.
첫째, 소스/드레인 영역으로 정의되는 수직형 필러 상측과 채널 영역으로 정의되는 수직형 필러 하측의 굵기가 동일하여 수직형 필러가 부러지는 현상을 방지할 수 있는데 그 목적이 있다.First, the vertical pillars defined as the source / drain region and the vertical pillars defined as the channel region have the same thickness to prevent the vertical pillars from being broken.
둘째, 소스/드레인 영역의 수직형 필러 측벽에 형성되는 스페이서는 두껍게 형성할 수 있어 소스/드레인 영역과 다마신 워드라인 간의 브릿지 발생을 방지할 수 있는데 그 목적이 있다.Second, the spacers formed on the vertical pillar sidewalls of the source / drain regions may be formed to be thick, thereby preventing the bridge between the source / drain regions and the damascene word line.
셋째, 수직형 필러 표면을 산화시켜 게이트 산화막을 형성하고, 이를 제거하는 공정을 통해 수직형 필러를 가늘게 만들 수 있는데 그 목적이 있다. Third, the vertical filler can be thinned by oxidizing the surface of the vertical filler to form a gate oxide film, and removing the gate oxide film.
본 발명에 따른 반도체 소자는 반도체 기판 상부에 형성된 수직한 형태의 필러; 소스/드레인 예정영역의 상기 필러 측벽에 형성된 스페이서; 및 상기 스페이서 하측의 상기 필러 측벽에 형성된 수직형 써라운드 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 필러 표면에 형성된 게이트 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device according to the present invention comprises a vertical filler formed on the semiconductor substrate; Spacers formed on the sidewalls of the source / drain predetermined region; And a vertical surround gate formed on the pillar sidewall under the spacer. Here, the gate insulating film formed on the filler surface is characterized in that it further comprises.
그리고, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판 상부에 수직한 형태의 필러를 형성하는 단계; 상기 필러 사이를 일부 매립하는 도전층 패턴을 형성하는 단계; 상기 도전층 패턴 상측의 상기 필러 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 스페이서를 식각 마스크로 상기 도전층 패턴을 식각하여 수직형 써라운드 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention may include forming a filler perpendicular to the upper portion of the semiconductor substrate; Forming a conductive layer pattern partially filling the pillars; Forming a spacer on the sidewall of the pillar above the conductive layer pattern; And etching the conductive layer pattern using the spacer as an etch mask to form a vertical surround gate.
여기서, 상기 필러 형성 단계는 상기 반도체 기판 상부에 활성영역을 정의하는 하드마스크층 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 하드마스크층 패턴을 식각 마스크로 상기 반도체 기판의 일부를 식각하는 단계를 포함하는 것과, 상기 하드마스크층 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 500~5000Å의 두께로 형성하는 것과, 상기 실리콘 산화막은 테오스(TEOS(Si(OC2H5)4)) 또는 실란(SiH4)을 포함한 소스 가스를 이용하는 플라즈마 화학 기상 증착 방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The filler forming step may include forming a hard mask layer pattern defining an active region on the semiconductor substrate; And etching the portion of the semiconductor substrate using the hard mask layer pattern as an etch mask, wherein the hard mask layer pattern is any one selected from the group consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a combination thereof. And the silicon oxide film is formed by a plasma chemical vapor deposition method using a source gas including teos (TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 )) or silane (SiH 4 ). .
그리고, 상기 실리콘 질화막은 디클로로실란(SiH2Cl2)과 암모니아(NH3)를 포함한 소스 가스를 이용한 저압 화학 증착 방법으로 형성하는 것과, 상기 필러 형성 단계 이후에 상기 필러 표면에 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것과, 상기 제 1 게이트 절연막은 실리콘 산화막을 30~300Å의 두께로 형성하는 것과, 상기 제 1 게이트 절연막은 200~1000℃의 온도 하에서 산소(O2), 물(H2O), 수소(H2), 오존(O3) 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 소스 가스로 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The silicon nitride film is formed by a low pressure chemical vapor deposition method using a source gas containing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ), and a first gate insulating film is formed on the surface of the filler after the filler forming step. The method may further include forming a silicon oxide film with a thickness of 30 to 300 kPa, and the first gate insulating film may include oxygen (O 2 ) and water (H) at a temperature of 200 to 1000 ° C. Formed by using any one selected from the group consisting of 2 O), hydrogen (H 2 ), ozone (O 3 ) and a combination thereof as a source gas.
그리고, 상기 제 1 게이트 절연막을 제거한 후, 상기 필러 표면에 대한 재산화 공정을 수행하여 제 2 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것과, 상기 제 1 게이트 절연막 제거 공정은 불산(HF)을 포함한 습식 식각 방법으로 수행하 는 것과, 상기 제 1 게이트 절연막 제거 공정은 리모트 플라즈마(Remote plasma)를 이용한 등방성 식각 방법으로 수행하는 것과, 상기 도전층 패턴 형성 단계는 상기 필러 사이를 매립하는 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층을 평탄화 식각하는 단계; 및 상기 도전층을 식각하여 상기 필러의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And removing the first gate insulating film, and then performing a reoxidation process on the filler surface to form a second gate insulating film, wherein the first gate insulating film removing process includes hydrofluoric acid (HF). The wet etching method, the first gate insulating layer removing process may be performed by an isotropic etching method using a remote plasma, and the forming of the conductive layer pattern may include forming a conductive layer filling the gap between the pillars. Doing; Planar etching the conductive layer; And etching the conductive layer to expose a portion of the filler.
그리고, 상기 도전층은 상기 필러의 상측으로부터 400~1000Å의 두께만큼 식각되는 것과, 상기 도전층은 다결정 실리콘층, 금속층 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 것과, 상기 다결정 실리콘층 형성 공정시 인(Ph), 보론(B) 및 이들의 조합 중 어느 하나를 주입시켜 형성하는 것과, 상기 도전층 식각 단계 이후 상기 도전층 표면에 대한 산화 공정을 수행하는 단계; 및 산화된 상기 도전층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the conductive layer is etched by a thickness of 400 ~ 1000Å from the upper side of the filler, the conductive layer is formed of any one selected from the group consisting of a polycrystalline silicon layer, a metal layer and a combination thereof, the polycrystalline silicon layer formed Forming by injecting any one of phosphorus (Ph), boron (B), and a combination thereof during the process, and performing an oxidation process on the surface of the conductive layer after the conductive layer etching step; And removing the oxidized conductive layer.
또한, 상기 산화된 도전층은 20~60Å의 두께인 것과, 상기 스페이서 형성 단계는 상기 도전층 및 상기 필러 상부에 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막을 건식 식각하는 단계를 포함하는 것과, 상기 절연막은 실리콘 질화막으로 형성하는 것과, 상기 절연막은 디클로로실란(SiH2Cl2)과 암모니아(NH3)를 포함한 소스 가스를 이용한 저압 화학 증착 방법 또는 원자층 증착 방법으로 형성하는 것과, 상기 스페이서는 50~200Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the oxidized conductive layer has a thickness of 20 ~ 60Å, the spacer forming step may include forming an insulating film on the conductive layer and the filler; And dry etching the insulating film, wherein the insulating film is formed of a silicon nitride film, and the insulating film is a low pressure chemical vapor deposition method using a source gas containing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ). Alternatively, the spacer may be formed by an atomic layer deposition method, and the spacer may be formed to a thickness of 50 to 200 kPa.
본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.The present invention provides the following effects.
첫째, 소스/드레인 영역으로 정의되는 수직형 필러 상측과 채널 영역으로 정의되는 수직형 필러 하측의 굵기가 동일하여 수직형 필러가 부러지는 현상을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.First, the thickness of the vertical pillars defined as the source / drain region and the vertical pillars defined as the channel region is the same, thereby providing an effect of preventing the vertical pillars from being broken.
둘째, 소스/드레인 영역의 수직형 필러 측벽에 형성되는 스페이서는 두껍게 형성할 수 있어 소스/드레인 영역과 다마신 워드라인 간의 브릿지 발생을 방지할 수 있는 효과를 제공한다. Second, the spacers formed on the vertical pillar sidewalls of the source / drain regions may be formed thick, thereby providing an effect of preventing a bridge between the source / drain regions and the damascene word line.
셋째, 수직형 필러 표면을 산화시켜 게이트 산화막을 형성하고, 이를 제거하는 공정을 통해 수직형 필러를 가늘게 만들 수 있는 효과를 제공한다.Third, the vertical filler surface is oxidized to form a gate oxide film, and the vertical filler may be thinned through a process of removing the gate oxide film.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 패드 산화막(102) 및 하드마스크층(미도시)을 형성한다. 여기서, 하드마스크층은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 이때, 실리콘 산화막은 테오스(TEOS(Si(OC2H5)4)) 또는 실란(SiH4)을 포함한 소스 가스를 이용하는 플라즈마 화학 기상 증착(CVD; Chemical vapor deposition) 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3A, a
또한, 실리콘 질화막은 디클로로실란(SiH2Cl2)과 암모니아(NH3)를 포함한 소스 가스를 이용한 저압 화학 증착(LPCVD; Low pressure chemical vapor deposition) 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 하드마스크층은 500~5000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 하드마스크층은 반도체 기판(100)의 식각시 식각 속도가 반도체 기판의 그것보다 절반 이하인 물질인 것이 바람직하다.In addition, the silicon nitride film is preferably formed by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method using a source gas containing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ). On the other hand, the hard mask layer is preferably formed to a thickness of 500 ~ 5000Å. In addition, the hard mask layer may be formed of a material having an etching rate of less than half that of the semiconductor substrate during etching of the
그 다음, 활성 영역을 정의하는 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 하드마스크층을 식각하여 하드마스크 패턴(104)을 형성한다. 여기서, 하드마스크 패턴(104)의 상부 면은 원형이나 다각형인 것이 바람직하다. 이후, 하드마스크 패턴(104)을 식각 마스크로 패드 산화막(102)과 반도체 기판(100)의 일부를 식각하여 수직한 형태의 필러(106)를 형성하여 활성 영역을 정의한다. 여기서, 필러(106)는 900~3000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Next, the hard mask layer is etched by a photolithography process using a mask defining an active region to form the
도 3b를 참조하면, 필러(106) 표면에 게이트 절연막(108)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(108)은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 실리콘 산화막은 200~1000℃의 온도 하에서 산소(O2), 물(H2O), 수소(H2), 오존(O3) 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 소스 가스로 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3B, the
그리고, 실리콘 산화막은 필러(106) 표면의 결정면이 다양하게 존재하므로, 실리콘의 산화 속도가 실리콘의 결정면에 무관한 방식의 산화법, 예컨대 플라즈마 산화법 또는 라디컬 산화법으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 게이트 절연막(108)은 30~300Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Since the silicon oxide film has various crystal planes on the surface of the
도 3c를 참조하면, 게이트 절연막(108), 필러(106) 및 하드마스크층 패턴(104) 상부에 도전층(110)을 형성하고, 도전층(110)을 평탄화 식각한다. 여기서, 도전층(110)은 다결정 실리콘층, 금속층 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 다결정 실리콘층 형성시 불순물을 주입시켜 형성할 수 있으며, 이때의 불순물은 인(Ph), 보론(B) 및 이들의 조합 중 어느 하나인 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3C, the
또한, 금속층은 티타늄(Ti)층, 티타늄 질화(TiN)막, 탄탈륨 질화(TaN)막, 텅스텐(W)층, 구리(Cu)층, 알루미늄(Al)층, 텅스텐 실리사이드(WSix)층 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 그리고, 도전층(110)에 대한 평탄화는 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical mechanical polishing) 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. In addition, the metal layer may include a titanium (Ti) layer, a titanium nitride (TiN) film, a tantalum nitride (TaN) film, a tungsten (W) layer, a copper (Cu) layer, an aluminum (Al) layer, a tungsten silicide (WSi x ) layer, and It is preferably any one selected from the group consisting of a combination of these. In addition, the planarization of the
도 3d를 참조하면, 도전층(110)을 선택 식각하여 필러(106) 사이를 일부 매립하는 도전층 패턴(110a)을 형성한다. 여기서, 도전층(110)의 식각 공정은 건식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 한편, 도전층(110)은 하드마스크층 패 턴(104) 상측으로부터 400~1000Å의 두께만큼 식각되는 것이 바람직하다. 이때, 도전층 패턴(110a)에 의해 노출된 필러(106) 상측은 소스/드레인 영역으로 정의된다.Referring to FIG. 3D, the
한편, 도전층 패턴(110a) 형성 공정 이후 게이트 절연막(108) 표면에 남는 잔유물(residue)을 제거하기 위해 산화 공정을 더 진행할 수 있다. 이는 도전층(110)을 다결정 실리콘층으로 형성하는 경우에 적용할 수 있으며, 이때 산화되는 도전층 패턴(110a)의 두께는 20~60Å인 것이 바람직하다. 그 다음, 산화된 잔유물을 제거한다. Meanwhile, an oxidation process may be further performed to remove residues remaining on the surface of the
도 3e를 참조하면, 도전층(110), 게이트 절연막(108) 및 하드마스크층 패턴(104) 상부에 절연막(미도시)을 형성한다. 그 다음, 절연막을 건식 식각하여 하드마스크층 패턴(104) 및 게이트 산화막(108) 측벽에 스페이서(112)를 형성한다.Referring to FIG. 3E, an insulating film (not shown) is formed on the
여기서, 절연막은 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 실리콘 질화막은 디클로로실란(SiH2Cl2)과 암모니아(NH3)를 포함한 소스 가스를 이용한 저압 화학 증착(LPCVD; Low pressure chemical vapor deposition) 방법 또는 원자층 증착(Atomic layer deposition: ALD) 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 절연막은 후속 써라운드 게이트 형성시 손실을 감소시키기 위해 산화막, 질화막 및 산화막의 적층 구조로 형성할 수 있다. 그리고, 스페이서(112)는 50~200Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Here, the insulating film is preferably formed of a silicon nitride film. In this case, the silicon nitride film is a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method or an atomic layer deposition (ALD) method using a source gas containing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ). It is preferable to form. On the other hand, the insulating film may be formed of a stacked structure of an oxide film, a nitride film and an oxide film in order to reduce the loss in the subsequent surround gate formation. In addition, the
도 3f를 참조하면, 하드마스크층 패턴(104) 및 스페이서(112)를 식각 마스크로 도전층(110)을 식각하여 필러(106) 측벽에 수직형 써라운드 게이트(110b)를 형 성한다. 이후에 워드 라인 형성 및 비트 라인 패터닝 형성 등을 수행하여 수직형 트랜지스터를 완성할 수 있다. 여기서, 수직형 써라운드 게이트(110b) 형성시 등방성 식각 공정을 수행하지 않기 때문에, 필러(106)의 굵기가 일정하여 부러지는 현상을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 3F, the
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 필러(106)를 가늘게 만들기 위해 게이트 절연막(108)을 제거하고, 필러(106) 표면에 대한 재산화 공정을 진행하여 다시 게이트 절연막(108)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 필러(106)가 가늘어지게 되면 단채널 효과(Short channel effect)를 개선시킬 수 있다. 즉, 소스/드레인 영역의 영향이 감소되어 더 짧은 채널 길이에서도 오프 누설전류를 감소시킬 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawing, the
여기서, 게이트 절연막(108)에 대한 제거 공정은 불산(HF)을 포함한 습식 식각 방법으로 수행하는 것을 바람직하다. 이때, 게이트 절연막(108)에 대한 제거 공정은 선택 특성이 우수한 건식 식각 방법으로 수행할 수 있다. 또한, 이러한 건식 식각 공정은 리모트 플라즈마(Remote plasma)를 이용한 등방성 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. Here, the removal process for the
도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2b는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.2A to 2B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080023442A KR101150463B1 (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080023442A KR101150463B1 (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090098208A KR20090098208A (en) | 2009-09-17 |
KR101150463B1 true KR101150463B1 (en) | 2012-06-01 |
Family
ID=41357324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080023442A KR101150463B1 (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101150463B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100956602B1 (en) | 2008-04-01 | 2010-05-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating semiconductor device |
TWI627704B (en) * | 2015-09-03 | 2018-06-21 | 東京威力科創股份有限公司 | Method for modifying spacer profile |
-
2008
- 2008-03-13 KR KR1020080023442A patent/KR101150463B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090098208A (en) | 2009-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7767565B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
US8557662B2 (en) | Method for fabricating side contact in semiconductor device using double trench process | |
US7432162B2 (en) | Semiconductor device with substantial driving current and decreased junction leakage current | |
US7488651B2 (en) | Method of making vertical transistor structures having vertical-surrounding-gates with self-aligned features | |
KR100764360B1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
US7741682B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device including a silicon layer formed on a diffusion layer | |
US7682885B2 (en) | Method for fabricating vertical channel transistor in a semiconductor device | |
CN112447602A (en) | Semiconductor structure and forming method thereof | |
US20050230734A1 (en) | Field effect transistors having trench-based gate electrodes and methods of forming same | |
KR100541515B1 (en) | Semiconductor device having a vertical channel pattern and method of manufacturing the same | |
US20120329236A1 (en) | Method of manufacturing device | |
JP2000277708A (en) | Semiconductor device and its forming method | |
KR101552971B1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device | |
US20090050867A1 (en) | Feature formed beneath an existing material during fabrication of a semiconductor device and electronic systems comprising the semiconductor device | |
US7989335B2 (en) | Methods of forming insulation layer patterns and methods of manufacturing semiconductor devices including insulation layer patterns | |
KR101150463B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US20060118886A1 (en) | Method of forming bit line contact via | |
US20040209429A1 (en) | Method of forming bit line contact | |
KR20120085360A (en) | Gate structures, methods of forming gate structures, and methods of manufacturing semiconductor devices using the same | |
JP2009032982A (en) | Method for manufacturing semiconductor apparatus and semiconductor apparatus | |
KR100744270B1 (en) | Method for forming source/drain region of the semiconductor device | |
KR101098590B1 (en) | Method for manufacturing the semiconductor device having recess gate | |
KR100589498B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
KR100955164B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
TW434820B (en) | Method for producing self-aligned contact hole |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
B701 | Decision to grant | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |