KR20240162202A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
반도체 장치는, 기판의 상부에 매립되며, 제1 방향으로 각각 연장되고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 반복적으로 배치된 제1 및 제2 게이트 구조물들; 상기 제1 및 제2 게이트 구조물들 상에서 상기 제2 방향으로 각각 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격된 비트 라인 구조물들; 및 상기 비트 라인 구조물들 상에 형성된 커패시터들을 포함할 수 있다. 상기 각 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 방향으로의 제1 단부의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 각 제1 게이트 구조물들의 나머지 부분들의 상기 제2 방향으로의 폭보다 크고, 상기 각 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 방향으로의 제1 단부의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 각 제2 게이트 구조물들의 나머지 부분들의 상기 제2 방향으로의 폭보다 클 수 있다. 상기 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들은 상기 제2 방향으로 서로 얼라인되고, 상기 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들은 상기 제2 방향으로 서로 얼라인될 수 있다. 상기 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들과 상기 제2 게이트 구조물들의 상기 제2 단부들은 상기 제2 방향을 따라 지그재그 패턴으로 배치될 수 있다.A semiconductor device may include first and second gate structures embedded in an upper portion of a substrate, each of which extends in a first direction and is alternately and repeatedly arranged along a second direction intersecting the first direction; bit line structures each of which extends in the second direction on the first and second gate structures and is spaced apart from each other in the first direction; and capacitors formed on the bit line structures. A width of a first end of each of the first gate structures in the first direction in the second direction may be larger than a width of the remaining portions of each of the first gate structures in the second direction, and a width of a first end of each of the second gate structures in the first direction may be larger than a width of the remaining portions of each of the second gate structures in the second direction. The first ends of the first gate structures may be aligned with each other in the second direction, and the first ends of the second gate structures may be aligned with each other in the second direction. The first ends of the first gate structures and the second ends of the second gate structures can be arranged in a zigzag pattern along the second direction.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 디램 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a DRAM memory device.
DRAM 장치의 각 게이트 구조물들은 일 방향으로 연장되고, 이에 수직한 방향으로 서로 이격되도록 배치된다. DRAM 장치가 고집적화됨에 따라서, 상기 게이트 구조물들 사이의 간격이 감소하며, 이에 따라 상기 게이트 구조물들을 형성하는 공정의 난이도가 증가한다.Each gate structure of a DRAM device extends in one direction and is arranged to be spaced apart from each other in a direction perpendicular thereto. As the DRAM device becomes more highly integrated, the gap between the gate structures decreases, and accordingly, the difficulty of the process of forming the gate structures increases.
본 발명의 과제는 개선된 전기적 특성을 갖는 반도체 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device having improved electrical characteristics.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판의 상부에 매립되며, 제1 방향으로 각각 연장되고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 반복적으로 배치된 제1 및 제2 게이트 구조물들; 상기 제1 및 제2 게이트 구조물들 상에서 상기 제2 방향으로 각각 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격된 비트 라인 구조물들; 및 상기 비트 라인 구조물들 상에 형성된 커패시터들을 포함할 수 있다. 상기 각 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 방향으로의 제1 단부의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 각 제1 게이트 구조물들의 나머지 부분들의 상기 제2 방향으로의 폭보다 크고, 상기 각 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 방향으로의 제1 단부의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 각 제2 게이트 구조물들의 나머지 부분들의 상기 제2 방향으로의 폭보다 클 수 있다. 상기 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들은 상기 제2 방향으로 서로 얼라인되고, 상기 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들은 상기 제2 방향으로 서로 얼라인될 수 있다. 상기 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들과 상기 제2 게이트 구조물들의 상기 제2 단부들은 상기 제2 방향을 따라 지그재그 패턴으로 배치될 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention for achieving the above-described task, a semiconductor device may include: first and second gate structures embedded in an upper portion of a substrate, each of which extends in a first direction and is alternately and repeatedly arranged along a second direction intersecting the first direction; bit line structures each of which extends in the second direction on the first and second gate structures and is spaced apart from each other in the first direction; and capacitors formed on the bit line structures. A width of a first end of each of the first gate structures in the first direction in the second direction may be larger than a width of the remaining portions of each of the first gate structures in the second direction, and a width of a first end of each of the second gate structures in the first direction may be larger than a width of the remaining portions of each of the second gate structures in the second direction. The first ends of the first gate structures may be aligned with each other in the second direction, and the first ends of the second gate structures may be aligned with each other in the second direction. The first ends of the first gate structures and the second ends of the second gate structures can be arranged in a zigzag pattern along the second direction.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 기판의 셀 영역 및 이에 인접한 주변 회로 영역의 상부에 매립되도록 형성되는 게이트 구조물의 말단부는 나머지 부분들의 폭보다 더 큰 폭을 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 말단부에 접촉하도록 형성되는 콘택 플러그와의 전기적 연결이 양호할 수 있다.In a semiconductor device according to exemplary embodiments, a terminal portion of a gate structure formed to be buried in an upper portion of a cell region of a substrate and a peripheral circuit region adjacent thereto may have a width greater than the width of the remaining portions, and thus electrical connection with a contact plug formed to contact the terminal portion may be good.
도 1 내지 도 44는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.FIGS. 1 to 44 are plan views and cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to exemplary embodiments.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 반도체 장치 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 물질, 층(막), 영역, 패드, 전극, 패턴, 구조물 또는 공정들이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 물질, 층(막), 영역, 전극, 패드, 패턴, 구조물 및 공정들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 물질, 층(막), 영역, 전극, 패드, 패턴, 구조물 및 공정들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. When materials, layers (films), regions, pads, electrodes, patterns, structures or processes are referred to as “first,” “second” and/or “third” in this specification, it is not intended to limit these elements but merely to distinguish each material, layer (film), region, electrode, pad, pattern, structure and process. Accordingly, “first,” “second” and/or “third” may be used selectively or interchangeably with respect to each material, layer (film), region, electrode, pad, pattern, structure and process.
[실시예][Example]
도 1 내지 도 44는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다. 구체적으로, 도 1, 4, 6, 8, 11, 14, 20, 25, 31, 35 및 41은 평면도들이고, 도 2, 5, 7, 9-10, 12, 15, 18, 21, 24, 26, 29, 32, 36, 37, 39 및 42는 대응하는 평면도들을 A-A'선으로 각각 절단한 단면도들이며, 도 16, 19, 22, 27, 30, 33-34, 38, 40 및 43은 대응하는 평면도들을 B-B'선으로 각각 절단한 단면도들이고, 도 3, 13, 17, 23, 28 및 44는 대응하는 평면도들을 C-C'선으로 각각 절단한 단면도들이다.FIGS. 1 to 44 are plan views and cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to exemplary embodiments. Specifically, FIGS. 1, 4, 6, 8, 11, 14, 20, 25, 31, 35 and 41 are plan views, FIGS. 2, 5, 7, 9-10, 12, 15, 18, 21, 24, 26, 29, 32, 36, 37, 39 and 42 are cross-sectional views of corresponding plan views taken along line A-A', FIGS. 16, 19, 22, 27, 30, 33-34, 38, 40 and 43 are cross-sectional views of corresponding plan views taken along line B-B', and FIGS. 3, 13, 17, 23, 28 and 44 are cross-sectional views of corresponding plan views taken along line C-C'.
이하의 발명의 상세한 설명에서는, 기판(100)의 상면에 평행하며 서로 직교하는 두 개의 방향들을 각각 제1 및 제2 방향들(D1, D2)로 정의하며, 또한 기판(100) 상면에 평행하고 각 제1 및 제2 방향들(D1, D2)과 예각을 이루는 방향을 제3 방향(D3)으로 정의하기로 한다. 한편, 기판(100) 상면에 수직한 방향은 수직 방향으로 지칭한다.In the detailed description of the invention below, two directions that are parallel to the upper surface of the substrate (100) and are orthogonal to each other are defined as first and second directions (D1, D2), respectively, and a direction that is parallel to the upper surface of the substrate (100) and forms an acute angle with each of the first and second directions (D1, D2) is defined as a third direction (D3). Meanwhile, a direction that is perpendicular to the upper surface of the substrate (100) is referred to as a vertical direction.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 영역들(I, II)을 포함하는 기판(100) 상에 제1 및 제2 액티브 패턴들(101, 105)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, first and second active patterns (101, 105) can be formed on a substrate (100) including first and second regions (I, II).
기판(100)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄, 또는 GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(100)은 실리콘-온-인슐레이터(Silicon On Insulator: SOI) 기판 또는 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium On Insulator: GOI) 기판일 수 있다.The substrate (100) may include silicon, germanium, silicon-germanium, or a III-V group compound such as GaP, GaAs, GaSb, etc. According to some embodiments, the substrate (100) may be a silicon-on-insulator (SOI) substrate or a germanium-on-insulator (GOI) substrate.
기판(100)의 제1 영역(I)은 메모리 셀들이 형성되는 셀 영역일 수 있으며, 기판(100)의 제2 영역(II)은 제1 영역(I)을 둘러싸면서 상기 메모리 셀들을 구동하는 주변 회로 패턴들이 형성되는 주변 회로 영역일 수 있다. 도면 상에서는 제1 영역(I)의 일부, 및 제2 영역(II) 중에서 제1 영역(I)에 제1 및 제2 방향들(D1, D1)로 인접한 일부만이 도시되어 있다.The first region (I) of the substrate (100) may be a cell region where memory cells are formed, and the second region (II) of the substrate (100) may be a peripheral circuit region where peripheral circuit patterns that drive the memory cells are formed while surrounding the first region (I). In the drawing, only a part of the first region (I) and a part of the second region (II) that is adjacent to the first region (I) in the first and second directions (D1, D1) are illustrated.
제1 및 제2 액티브 패턴들(101, 105)은 기판(100)의 상부를 제거하여 리세스 구조물을 형성함으로써 형성될 수 있다. 제1 액티브 패턴(101)은 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 각각이 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있으며, 제1 및 제2 방향들(D1, D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 또한, 제2 액티브 패턴(105)은 기판(100)의 제2 영역(II) 상에서 각 제1 및 제2 방향들(D1, D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. The first and second active patterns (101, 105) can be formed by removing an upper portion of the substrate (100) to form a recess structure. The first active pattern (101) can be formed in a plurality of pieces, each of which can extend in a third direction (D3) on a first region (I) of the substrate (100) and be spaced apart from each other along the first and second directions (D1, D2). In addition, the second active pattern (105) can be formed in a plurality of pieces, each of which can be spaced apart from each other along the first and second directions (D1, D2) on a second region (II) of the substrate (100).
상기 리세스 구조물은 제1 내지 제3 리세스들(102, 104, 106)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 리세스(102)는 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제1 방향(D1)을 따라 상대적으로 작은 거리로 서로 이격된 제1 액티브 패턴들(101) 부분들 사이에 형성될 수 있고, 제2 리세스(104)는 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제1 방향(D1)을 따라 상대적으로 큰 거리로 서로 이격된 제1 액티브 패턴들(101) 부분들 사이에 형성될 수 있으며, 제3 리세스(106)는 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성되거나 혹은 기판(100)의 제1 및 제2 영역들(I, II) 사이에 형성될 수 있다. The above recess structure may include first to third recesses (102, 104, 106). At this time, the first recess (102) may be formed between portions of the first active patterns (101) that are spaced apart from each other by a relatively small distance along the first direction (D1) on the first region (I) of the substrate (100), the second recess (104) may be formed between portions of the first active patterns (101) that are spaced apart from each other by a relatively large distance along the first direction (D1) on the first region (I) of the substrate (100), and the third recess (106) may be formed on the second region (II) of the substrate (100) or between the first and second regions (I, II) of the substrate (100).
예시적인 실시예들에 있어서, 제3 리세스(106)는 제2 리세스(104)보다 큰 폭 및/또는 큰 깊이를 가질 수 있으며, 제2 리세스(104)는 제1 리세스(102)보다 큰 폭 및/또는 큰 깊이를 가질 수 있다.In exemplary embodiments, the third recess (106) may have a greater width and/or greater depth than the second recess (104), and the second recess (104) may have a greater width and/or greater depth than the first recess (102).
이후, 제1 및 제2 액티브 패턴들(101, 105)의 측벽 및 상면을 커버하는 예비 소자 분리 구조물(111)을 형성할 수 있다. Thereafter, a preliminary element isolation structure (111) covering the side walls and upper surfaces of the first and second active patterns (101, 105) can be formed.
일 실시예에 있어서, 예비 소자 분리 구조물(111)은 제1 및 제2 액티브 패턴들(101, 105)이 형성된 기판(100) 상에 제1 소자 분리막(113), 제2 소자 분리막 및 제3 소자 분리막을 순차적으로 적층하고, 상기 제2 소자 분리막의 상면이 노출될 때까지 상기 제3 소자 분리막의 상부에 대해 평탄화 공정을 수행한 후, 상기 제2 소자 분리막의 상부에 대한 식각 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다. 상기 평탄화 공정은 예를 들어, 화학 기계적 연마(CMP) 공정 및/또는 에치 백 공정을 포함할 수 있으며, 상기 식각 공정은 예를 들어, 습식 식각 공정을 포함할 수 있다.In one embodiment, the preliminary device isolation structure (111) can be formed by sequentially stacking a first device isolation film (113), a second device isolation film, and a third device isolation film on a substrate (100) on which first and second active patterns (101, 105) are formed, performing a planarization process on an upper portion of the third device isolation film until an upper surface of the second device isolation film is exposed, and then performing an etching process on an upper portion of the second device isolation film. The planarization process can include, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) process and/or an etch-back process, and the etching process can include, for example, a wet etching process.
예시적인 실시예들에 있어서, 예비 소자 분리 구조물(111)은 제3 리세스(106)의 내벽으로부터 순차적으로 적층된 제1 소자 분리막(113), 제2 소자 분리 패턴(114) 및 제3 소자 분리 패턴(116)을 포함할 수 있다. 다만, 제3 리세스(106)보다 작은 폭을 갖는 제2 리세스(104) 내에는 제1 소자 분리막(113) 및 제2 소자 분리 패턴(114)이 형성될 수 있으며, 제2 리세스(104)보다 작은 폭을 갖는 제1 리세스(102) 내에는 제1 소자 분리막(113)만이 형성될 수 있다. In exemplary embodiments, the preliminary element isolation structure (111) may include a first element isolation film (113), a second element isolation pattern (114), and a third element isolation pattern (116) sequentially stacked from an inner wall of the third recess (106). However, the first element isolation film (113) and the second element isolation pattern (114) may be formed in the second recess (104) having a smaller width than the third recess (106), and only the first element isolation film (113) may be formed in the first recess (102) having a smaller width than the second recess (104).
이때, 제1 소자 분리막(113)은 제1 및 제2 액티브 패턴들(101, 105)의 상면을 커버할 수 있으며, 제2 소자 분리 패턴(114)은 제2 리세스(104) 내에 형성될 수 있고, 제3 소자 분리 패턴(116)은 제3 리세스(106) 내에 형성될 수 있다.At this time, the first element isolation film (113) can cover the upper surfaces of the first and second active patterns (101, 105), the second element isolation pattern (114) can be formed in the second recess (104), and the third element isolation pattern (116) can be formed in the third recess (106).
각 제1 소자 분리막(113) 및 제3 소자 분리 패턴(116)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있으며, 제2 소자 분리 패턴(114)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 절연성 질화물을 포함할 수 있다.Each of the first element isolation film (113) and the third element isolation pattern (116) may include an oxide such as silicon oxide, for example, and the second element isolation pattern (114) may include an insulating nitride such as silicon nitride, for example.
도 4 및 5를 참조하면, 예비 소자 분리 구조물(111) 상에 패드막(10), 제1 마스크 막(20), 제2 마스크 막(30) 및 제3 마스크(40)를 형성한 후, 제3 마스크(40)를 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여, 제2 마스크 막(30), 제1 마스크 막(20), 패드막(10) 및 예비 소자 분리 구조물(111)의 상부를 제거함으로써 제4 및 제5 리세스들(52, 54)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, after forming a pad film (10), a first mask film (20), a second mask film (30), and a third mask (40) on a preliminary element separation structure (111), an etching process using the third mask (40) as an etching mask is performed to remove the second mask film (30), the first mask film (20), the pad film (10), and an upper portion of the preliminary element separation structure (111), thereby forming fourth and fifth recesses (52, 54).
일 실시예에 있어서, 상기 식각 공정은 더블 패터닝(Double Patterning) 공정을 통해 수행될 수 있다.In one embodiment, the etching process can be performed through a double patterning process.
각 제4 및 제5 리세스들(52, 54)은 기판(100)의 제1 영역(I)에 제1 방향(D1)으로 인접한 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에 형성된 제3 소자 분리 패턴(116)의 상부에 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제4 리세스는(52)는 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 방향(D1)으로의 일 측에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있으며, 제5 리세스는(54)는 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 방향(D1)으로의 타 측에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. Each of the fourth and fifth recesses (52, 54) may be formed on an upper portion of a third element isolation pattern (116) formed on a portion of a second region (II) of the substrate (100) adjacent to a first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1). In exemplary embodiments, a plurality of fourth recesses (52) may be formed on a portion of a second region (II) of the substrate (100) formed on one side of the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1) so as to be spaced apart from each other along the second direction (D2), and a plurality of fifth recesses (54) may be formed on a portion of a second region (II) of the substrate (100) formed on the other side of the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1) so as to be spaced apart from each other along the second direction (D2).
예시적인 실시예들에 있어서, 제4 및 제5 리세스들(52, 54)은 제1 방향(D1)으로 서로 오버랩되지 않을 수 있으며, 이에 따라 제4 및 제5 리세스들(52, 54)은 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 방향(D1)으로의 양 측들에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분들 상에서 제2 방향(D2)을 따라 교대로 지그재그 패턴으로 배열될 수 있다.In exemplary embodiments, the fourth and fifth recesses (52, 54) may not overlap each other in the first direction (D1), and thus the fourth and fifth recesses (52, 54) may be arranged alternately in a zigzag pattern along the second direction (D2) on portions of the second region (II) of the substrate (100) formed on both sides of the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1).
제4 리세스(52)는 제2 방향(D2)으로 제1 폭(W1)을 가질 수 있으며, 제5 리세스(54)는 제2 방향(D2)으로 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 폭들(W1, W2)은 서로 동일한 값을 가질 수 있으나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지는 않는다.The fourth recess (52) may have a first width (W1) in the second direction (D2), and the fifth recess (54) may have a second width (W2) in the second direction (D2). In one embodiment, the first and second widths (W1, W2) may have the same value, but the concept of the present invention is not limited thereto.
패드막(10)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있고, 제1 마스크 막(20)은 예를 들어, 스핀-온-하드마스크(Spin-On-Hardmask: SOH)를 포함할 수 있으며, 제2 마스크 막(30)은 예를 들어, 플라스마 강화 실리콘 산질화물(PE-SiON)을 포함할 수 있고, 제3 마스크(40)는 예를 들어, 포토레지스트 패턴을 포함할 수 있다.The pad film (10) may include, for example, an oxide such as silicon oxide, the first mask film (20) may include, for example, a spin-on-hardmask (SOH) film, the second mask film (30) may include, for example, plasma-enhanced silicon oxynitride (PE-SiON), and the third mask (40) may include, for example, a photoresist pattern.
도 6 및 7을 참조하면, 제1 마스크 막(20), 제2 마스크 막(30) 및 제3 마스크(40)를 예를 들어, 식각 공정, 애싱(ashing) 공정 및/또는 스트립(stripping) 공정을 통해 제거하여 패드막(10)의 상면을 노출시킨 후, 제4 및 제5 리세스들(52, 54)을 각각 채우는 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the first mask film (20), the second mask film (30), and the third mask (40) may be removed, for example, through an etching process, an ashing process, and/or a stripping process, to expose the upper surface of the pad film (10), and then first and second sacrificial patterns (62, 64) may be formed to fill the fourth and fifth recesses (52, 54), respectively.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64)은 패드막(10) 및 예비 소자 분리 구조물(111) 상에 제4 및 제5 리세스들(52, 54)을 채우는 제1 희생막을 형성한 후, 패드막(10)의 상면이 노출될 때까지 상기 제1 희생막의 상부를 예를 들어, 에치 백 공정을 통해 제거함으로써 형성될 수 있다. In exemplary embodiments, the first and second sacrificial patterns (62, 64) may be formed by forming a first sacrificial film filling the fourth and fifth recesses (52, 54) on the pad film (10) and the spare element isolation structure (111), and then removing an upper portion of the first sacrificial film, for example, through an etch back process, until the upper surface of the pad film (10) is exposed.
제4 및 제5 리세스들(52, 54)의 배열에 따라서, 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64)은 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 방향(D1)으로의 양 측들에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분들 상에서 제2 방향(D2)을 따라 교대로 지그재그 패턴으로 배열될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64)은 제2 방향(D2)으로 각각 제1 및 제2 폭들(W1, W2)을 가질 수 있다.Depending on the arrangement of the fourth and fifth recesses (52, 54), the first and second sacrificial patterns (62, 64) may be arranged alternately in a zigzag pattern along the second direction (D2) on portions of the second region (II) of the substrate (100) formed on both sides of the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1). In addition, the first and second sacrificial patterns (62, 64) may have first and second widths (W1, W2) in the second direction (D2), respectively.
도 8 및 9를 참조하면, 패드막(10) 및 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64) 상에 제4 내지 제 8 마스크 막들(70, 80, 90, 25, 35) 및 제9 마스크(45)를 형성한 후, 제9 마스크(45)를 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여, 제4 내지 제 8 마스크 막들(70, 80, 90, 25, 35), 패드막(10), 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64), 예비 소자 분리 구조물(111)의 상부 및 제1 액티브 패턴(101)의 상부를 제거함으로써 제6 및 제7 리세스들(98, 99)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 9, after forming fourth to eighth mask films (70, 80, 90, 25, 35) and a ninth mask (45) on the pad film (10) and the first and second sacrificial patterns (62, 64), an etching process using the ninth mask (45) as an etching mask is performed to remove the fourth to eighth mask films (70, 80, 90, 25, 35), the pad film (10), the first and second sacrificial patterns (62, 64), the upper portion of the preliminary element isolation structure (111), and the upper portion of the first active pattern (101), thereby forming sixth and seventh recesses (98, 99).
일 실시예에 있어서, 상기 식각 공정은 더블 패터닝 공정을 통해 수행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 식각 공정은 쿼드러플 패터닝(Quadruple Patterning) 공정을 통해 수행될 수 있다.In one embodiment, the etching process may be performed through a double patterning process. In another embodiment, the etching process may be performed through a quadruple patterning process.
각 제6 및 제7 리세스들(98, 99)은 기판(100)의 제1 영역(I), 및 이에 제1 방향(D1)으로의 양 측들에 각각 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분들 상에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제6 리세스(98)의 일 단부는 제1 희생 패턴(62)의 일부를 관통할 수 있으며, 제7 리세스(99)의 일 단부는 제2 희생 패턴(64)의 일부를 관통할 수 있다.Each of the sixth and seventh recesses (98, 99) may extend in the first direction (D1) on portions of the first region (I) of the substrate (100) and the second region (II) of the substrate (100) formed on both sides thereof in the first direction (D1). In exemplary embodiments, one end of the sixth recess (98) may penetrate a portion of the first sacrificial pattern (62), and one end of the seventh recess (99) may penetrate a portion of the second sacrificial pattern (64).
제6 및 제7 리세스들(98, 99)은 제2 방향(D2)으로 각각 제3 및 제4 폭들(W3, W4)을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제3 및 제4 폭들(W3, W4)은 서로 동일한 값을 가질 수 있으며, 다만 본 발명의 개념은 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 희생 패턴(62)의 제1 폭(W1)은 제6 리세스(98)의 제3 폭(W3)보다 클 수 있으며, 제2 희생 패턴(64)의 제2 폭(W2)은 제7 리세스(99)의 제4 폭(W4)보다 클 수 있다.The sixth and seventh recesses (98, 99) may have third and fourth widths (W3, W4) in the second direction (D2), respectively. In one embodiment, the third and fourth widths (W3, W4) may have the same value, but the concept of the present invention is not necessarily limited thereto. In exemplary embodiments, the first width (W1) of the first sacrificial pattern (62) may be larger than the third width (W3) of the sixth recess (98), and the second width (W2) of the second sacrificial pattern (64) may be larger than the fourth width (W4) of the seventh recess (99).
제4 마스크 막(70), 제6 마스크 막(90) 및 제8 마스크 막(35)은 예를 들어, 플라스마 강화 실리콘 질화물(PE-SiON)을 포함할 수 있고, 제5 마스크 막(80)은 예를 들어, 비정질 탄소막(Amorphous Carbon Layer: ACL)을 포함할 수 있으며, 제7 마스크 막(25)은 예를 들어, 스핀-온-하드마스크(SOH)를 포함할 수 있고, 제9 마스크(45)는 예를 들어, 포토레지스트 패턴을 포함할 수 있다.The fourth mask film (70), the sixth mask film (90), and the eighth mask film (35) may include, for example, plasma-enhanced silicon nitride (PE-SiON), the fifth mask film (80) may include, for example, an amorphous carbon layer (ACL), the seventh mask film (25) may include, for example, a spin-on-hard mask (SOH), and the ninth mask (45) may include, for example, a photoresist pattern.
도 10을 참조하면, 제4 내지 제 8 마스크 막들(70, 80, 90, 25, 35), 제9 마스크(45) 및 제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64)을 예를 들어, 식각 공정, 애싱(ashing) 공정 및/또는 스트립(stripping) 공정을 통해 제거하여 패드막(10)의 상면을 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 10, the fourth to eighth mask films (70, 80, 90, 25, 35), the ninth mask (45), and the first and second sacrificial patterns (62, 64) may be removed, for example, through an etching process, an ashing process, and/or a stripping process, to expose the upper surface of the pad film (10).
제1 및 제2 희생 패턴들(62, 64)이 제거됨에 따라 제4 및 제5 리세스들(52, 54)이 다시 형성될 수 있으며, 이들은 각각 제6 및 제7 리세스들(98, 99)에 연결될 수 있다. 이때, 제4 리세스(52)의 제1 폭(W1)은 제6 리세스(98)의 제3 폭(W3)보다 클 수 있으며, 제5 리세스(54)의 제2 폭(W2)은 제7 리세스(99)의 제4 폭(W4)보다 클 수 있다.As the first and second sacrificial patterns (62, 64) are removed, the fourth and fifth recesses (52, 54) can be formed again, which can be connected to the sixth and seventh recesses (98, 99), respectively. At this time, the first width (W1) of the fourth recess (52) can be larger than the third width (W3) of the sixth recess (98), and the second width (W2) of the fifth recess (54) can be larger than the fourth width (W4) of the seventh recess (99).
이후, 상기 노출된 패드막(10)의 상면, 제4 내지 제7 리세스들(52, 54, 98, 99)에 의해 노출된 예비 소자 분리 구조물(111)의 상면 및 제1 액티브 패턴(101)의 상면, 및 제4 내지 제7 리세스들(52, 54, 98, 99)의 측벽에 제1 게이트 절연막(125)을 형성할 수 있다.Thereafter, a first gate insulating film (125) can be formed on the upper surface of the exposed pad film (10), the upper surface of the preliminary element isolation structure (111) exposed by the fourth to seventh recesses (52, 54, 98, 99), the upper surface of the first active pattern (101), and the sidewalls of the fourth to seventh recesses (52, 54, 98, 99).
제1 게이트 절연막(125)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다.The first gate insulating film (125) may include an oxide such as silicon oxide, for example.
이후, 제1 게이트 절연막(125) 상에 제1 도전막을 형성하고, 상기 제1 도전막의 상부를 예를 들어, 에치 백 공정을 통해 제거할 수 있으며, 이에 따라 각 제4 내지 제7 리세스들(52, 54, 98, 99)의 하부에는 제1 도전 패턴(140)이 형성될 수 있다.Thereafter, a first conductive film is formed on the first gate insulating film (125), and an upper portion of the first conductive film can be removed, for example, through an etch back process, so that a first conductive pattern (140) can be formed at the lower portion of each of the fourth to seventh recesses (52, 54, 98, 99).
제1 도전 패턴(140)은 예를 들어, 텅스텐과 같은 금속, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 등과 같은 금속 질화물, 금속 실리사이드 등을 포함할 수 있다.The first challenge pattern (140) may include, for example, a metal such as tungsten, a metal nitride such as titanium nitride, tantalum nitride, a metal silicide, etc.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 제1 도전 패턴(140) 및 제1 게이트 절연막(125) 상에 제2 도전막을 형성하고, 상기 제2 도전막의 상부를 예를 들어, 에치 백 공정을 통해 제거하여 각 제4 내지 제7 리세스들(52, 54, 98, 99)의 중앙부에 제2 도전 패턴(150)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 11 to 13, a second conductive film may be formed on a first conductive pattern (140) and a first gate insulating film (125), and an upper portion of the second conductive film may be removed, for example, through an etch-back process, to form a second conductive pattern (150) in the central portion of each of the fourth to seventh recesses (52, 54, 98, 99).
제2 도전 패턴(150)은 예를 들어, 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다.The second challenge pattern (150) may include, for example, polysilicon doped with impurities.
일 실시예에 있어서, 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성된 제2 도전 패턴(150) 부분, 즉 제4 및 제5 리세스들(52, 54) 및 이들에 인접한 제6 및 제7 리세스들(98, 99) 부분 상에 형성된 제2 도전 패턴(150) 부분을 식각 공정을 통해 제거할 수 있으며, 이에 따라 제1 도전 패턴(140)의 제1 방향(D1)으로의 말단부의 상면이 노출될 수 있다.In one embodiment, a portion of a second conductive pattern (150) formed on a second region (II) of a substrate (100), that is, a portion of a second conductive pattern (150) formed on the fourth and fifth recesses (52, 54) and the sixth and seventh recesses (98, 99) adjacent thereto, can be removed through an etching process, whereby an upper surface of an end portion of the first conductive pattern (140) in the first direction (D1) can be exposed.
이후, 제1 및 제2 도전 패턴들(140, 150) 및 제1 게이트 절연막(125) 상에 제1 게이트 마스크 막을 형성하고, 상기 제1 게이트 마스크 막의 상부를 예를 들어, 에치 백 공정을 통해 제거하여 각 제4 내지 제7 리세스들(52, 54, 98, 99)의 상부에 제1 게이트 마스크(160)를 형성할 수 있다. Thereafter, a first gate mask film is formed on the first and second challenge patterns (140, 150) and the first gate insulating film (125), and an upper portion of the first gate mask film is removed, for example, through an etch back process, to form a first gate mask (160) on the upper portion of each of the fourth to seventh recesses (52, 54, 98, 99).
제1 게이트 마스크(160)는 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 절연성 질화물을 포함할 수 있다.The first gate mask (160) may include an insulating nitride, such as silicon nitride, for example.
이후, 패드막(10) 상에 형성된 제1 게이트 절연막(125) 부분, 패드막(10), 및 제1 및 제2 액티브 패턴들(101, 105)의 상면에 형성된 제1 소자 분리막(113) 부분을 제거할 수 있으며, 이에 따라 제1 게이트 절연막(125)은 제1 게이트 절연 패턴(120)으로 변환될 수 있고, 제1 소자 분리막(113)은 제1 소자 분리 패턴(112)으로 변환될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 패드막(10), 및 상기 제1 게이트 절연막(125) 및 제1 소자 분리막(113) 부분들은 예를 들어, 화학 기계적 연마(CMP) 공정 및/또는 에치 백 공정과 같은 평탄화 공정을 통해 제거될 수 있다.Thereafter, the first gate insulating film (125) portion formed on the pad film (10), the pad film (10), and the first element isolation film (113) portion formed on the upper surface of the first and second active patterns (101, 105) can be removed, and accordingly, the first gate insulating film (125) can be converted into the first gate insulating pattern (120), and the first element isolation film (113) can be converted into the first element isolation pattern (112). In one embodiment, the pad film (10), and the first gate insulating film (125) and first element isolation film (113) portions can be removed through a planarization process, such as a chemical mechanical polishing (CMP) process and/or an etch back process.
제4 및 제6 리세스들(52, 98) 내에 순차적으로 적층된 제1 게이트 절연 패턴(120), 제1 도전 패턴(140) 및 제1 게이트 마스크(160)는 함께 제1 게이트 구조물(172)을 형성할 수 있으며, 제5 및 제7 리세스들(54, 99) 내에 순차적으로 적층된 제1 게이트 절연 패턴(120), 제1 도전 패턴(140) 및 제1 게이트 마스크(160)는 함께 제2 게이트 구조물(174)을 형성할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 소자 분리 패턴들(112, 114, 116)은 함께 소자 분리 구조물(110)을 형성할 수 있다.The first gate insulating pattern (120), the first conductive pattern (140), and the first gate mask (160) sequentially stacked within the fourth and sixth recesses (52, 98) may together form a first gate structure (172), and the first gate insulating pattern (120), the first conductive pattern (140), and the first gate mask (160) sequentially stacked within the fifth and seventh recesses (54, 99) may together form a second gate structure (174). In addition, the first to third element isolation patterns (112, 114, 116) may together form an element isolation structure (110).
예시적인 실시예들에 있어서, 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)은 기판(100)의 제1 영역(I), 및 이의 제1 방향(D1)으로의 양 측들에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분들 내에서 제1 방향(D1)을 따라 연장될 수 있으며, 제2 방향(D2)을 따라 교대로 반복적으로 배치될 수 있다. In exemplary embodiments, each of the first and second gate structures (172, 174) may extend along the first direction (D1) within portions of the first region (I) of the substrate (100) and the second region (II) of the substrate (100) formed on both sides thereof in the first direction (D1), and may be alternately and repeatedly arranged along the second direction (D2).
예시적인 실시예들에 있어서, 각 제1 게이트 구조물들(172)의 제1 방향(D1)으로의 제1 단부(173)의 제2 방향(D2)으로의 제1 폭(W1)은 제1 방향(D1)으로의 제2 단부 및 나머지 부분들의 제2 방향(D2)으로의 제3 폭(W3)보다 클 수 있으며, 각 제2 게이트 구조물들(174)의 제1 방향(D1)으로의 제1 단부(175)의 제2 방향(D2)으로의 제2 폭(W2)은 제1 방향(D1)으로의 제2 단부 및 나머지 부분들의 제2 방향(D2)으로의 제4 폭(W4)보다 클 수 있다. In exemplary embodiments, a first width (W1) of a first end (173) in the first direction (D1) of each of the first gate structures (172) in the second direction (D2) may be greater than a third width (W3) of a second end (173) in the first direction (D1) and the remaining portions in the second direction (D2), and a second width (W2) of a first end (175) in the first direction (D1) of each of the second gate structures (174) in the second direction (D2) may be greater than a fourth width (W4) of a second end (173) in the first direction (D1) and the remaining portions in the second direction (D2).
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 게이트 구조물들(172)의 제1 단부들(173)과 제2 게이트 구조물들(174)의 상기 제2 단부들은 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 방향(D1)으로의 일 측에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서 제2 방향(D2)으로 배치될 수 있으며, 제1 게이트 구조물들(172)의 상기 제2 단부들과 제2 게이트 구조물들(174)의 제1 단부들(175)은 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 방향(D1)으로의 타 측에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서 제2 방향(D2)으로 배치될 수 있다. In exemplary embodiments, the first ends (173) of the first gate structures (172) and the second ends (174) of the second gate structures (174) may be arranged in the second direction (D2) on a portion of the second region (II) of the substrate (100) formed on one side of the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1), and the second ends (172) of the first gate structures (172) and the first ends (175) of the second gate structures (174) may be arranged in the second direction (D2) on a portion of the second region (II) of the substrate (100) formed on the other side of the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1).
이때, 제1 게이트 구조물들(172)의 제1 단부들(173)은 제2 방향(D2)으로 서로 얼라인될 수 있으며, 또한 제2 게이트 구조물들(174)의 제1 단부들(175)은 제2 방향(D2)으로 서로 얼라인될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 게이트 구조물들(174)의 상기 제2 단부들은 제1 게이트 구조물들(172)의 제1 단부들(173)과 제2 방향(D2)으로 부분적으로 오버랩될 수 있으며, 제1 게이트 구조물들(172)의 상기 제2 단부들은 제2 게이트 구조물들(174)의 제1 단부들(175)과 제2 방향(D2)으로 부분적으로 오버랩될 수 있다.At this time, the first ends (173) of the first gate structures (172) may be aligned with each other in the second direction (D2), and further, the first ends (175) of the second gate structures (174) may be aligned with each other in the second direction (D2). In one embodiment, the second ends of the second gate structures (174) may partially overlap with the first ends (173) of the first gate structures (172) in the second direction (D2), and the second ends of the first gate structures (172) may partially overlap with the first ends (175) of the second gate structures (174) in the second direction (D2).
예시적인 실시예들에 있어서, 상대적으로 큰 폭을 갖는 제1 게이트 구조물들(172)의 제1 단부들(173)과 제2 게이트 구조물들(174)의 제1 단부들(175)은 기판(100)의 제1 방향(D1)으로의 양 측들에서 제2 방향(D2)을 따라 지그재그 패턴으로 배치될 수 있다.In exemplary embodiments, first ends (173) of the first gate structures (172) and first ends (175) of the second gate structures (174) having relatively large widths may be arranged in a zigzag pattern along the second direction (D2) on both sides of the substrate (100) in the first direction (D1).
예시적인 실시예들에 있어서, 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에서 제1 단부들(173, 175)의 저면은 나머지 부분들의 저면과 실질적으로 동일한 높이에 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the bottom surfaces of the first ends (173, 175) of each of the first and second gate structures (172, 174) may be formed at substantially the same height as the bottom surfaces of the remaining portions.
예시적인 실시예들에 있어서, 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에서 제1 단부들(173, 175)은 상기 수직 방향을 따라 순차적으로 적층된 게이트 절연 패턴(120), 제1 도전 패턴(140) 및 제1 게이트 마스크(160)를 포함할 수 있으며, 제2 도전 패턴(150)은 포함하지 않을 수 있다.In exemplary embodiments, the first ends (173, 175) of each of the first and second gate structures (172, 174) may include a gate insulating pattern (120), a first conductive pattern (140), and a first gate mask (160) sequentially stacked along the vertical direction, and may not include a second conductive pattern (150).
도 14 내지 도 17을 참조하면, 기판(100)의 제1 및 제2 영역들(I, II) 상에 상기 수직 방향을 따라 순차적으로 적층된 제1 내지 제3 절연막들(180, 190, 200)을 포함하는 절연막 구조물(210)을 형성하고, 기판(100)의 제1 영역(I)에 인접한 제2 영역(II) 부분을 제외한 나머지 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성된 절연막 구조물(210) 부분을 제거할 수 있다.Referring to FIGS. 14 to 17, an insulating film structure (210) including first to third insulating films (180, 190, 200) sequentially laminated along the vertical direction on first and second regions (I, II) of a substrate (100) can be formed, and a portion of the insulating film structure (210) formed on the second region (II) of the substrate (100) except for a portion of the second region (II) adjacent to the first region (I) of the substrate (100) can be removed.
이후, 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성된 제2 액티브 패턴(105) 상에, 예를 들어 열산화 공정을 수행하여, 제2 게이트 절연막(220)을 형성할 수 있다.Thereafter, a second gate insulating film (220) can be formed on the second active pattern (105) formed on the second region (II) of the substrate (100), for example, by performing a thermal oxidation process.
이후, 절연막 구조물(210)을 패터닝하고, 이를 식각 마스크로 사용하여 하부의 제1 액티브 패턴(101), 소자 분리 구조물(110), 및 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에 포함된 제1 게이트 마스크(160)를 부분적으로 식각함으로써 제1 개구(230)를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 식각 공정 후 잔류하는 절연막 구조물(210)은 상부에서 보았을 때, 원 형상 혹은 타원 형상을 가질 수 있으며, 기판(100)의 제1 영역(I) 및 이에 인접한 제2 영역(II) 부분 상에서 제1 및 제2 방향들(D1, D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 이때, 각 절연막 구조물들(210)은 서로 인접하는 제1 액티브 패턴들(101)의 서로 대향하는 제3 방향(D3)으로의 말단들과 기판(100) 상면에 수직한 수직 방향으로 오버랩될 수 있다.Thereafter, the insulating film structure (210) is patterned, and by using it as an etching mask, the first active pattern (101), the device isolation structure (110), and the first gate mask (160) included in each of the first and second gate structures (172, 174) are partially etched to form the first opening (230). In exemplary embodiments, the insulating film structure (210) remaining after the etching process may have a circular or elliptical shape when viewed from above, and may be formed in multiple pieces so as to be spaced apart from each other along the first and second directions (D1, D2) on the first region (I) of the substrate (100) and the second region (II) adjacent thereto. At this time, each insulating film structure (210) can overlap the ends of the first active patterns (101) facing each other in the third direction (D3) and in the vertical direction perpendicular to the upper surface of the substrate (100).
도 18 및 19를 참조하면, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성된 절연막 구조물(210), 제1 개구(230)에 의해 노출된 제1 액티브 패턴(101), 소자 분리 구조물(110) 및 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)의 상면, 및 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성된 제2 게이트 절연막(220) 및 소자 분리 구조물(110) 상에 제3 도전막(240), 제1 배리어 막(250), 제4 도전막(260) 및 제10 마스크 막(270)을 순차적으로 적층할 수 있으며, 이들은 함께 도전 구조물 막을 형성할 수 있다. 이때, 제3 도전막(240)은 제1 개구(230)를 채울 수 있다.Referring to FIGS. 18 and 19, a third conductive film (240), a first barrier film (250), a fourth conductive film (260), and a tenth mask film (270) may be sequentially laminated on an insulating film structure (210) formed on a first region (I) of a substrate (100), a first active pattern (101) exposed by a first opening (230), a device isolation structure (110), and an upper surface of the first and second gate structures (172, 174), and a second gate insulating film (220) and the device isolation structure (110) formed on a second region (II) of the substrate (100), and these may together form a conductive structure film. At this time, the third conductive film (240) may fill the first opening (230).
제3 도전막(240)은 예를 들어, 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있고, 제1 배리어 막(250)은 예를 들어, 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN)과 같은 금속 실리콘 질화물을 포함할 수 있으며, 제4 도전막(260)은 예를 들어, 텅스텐과 같은 금속을 포함할 수 있고, 제10 마스크 막(270)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The third conductive film (240) may include, for example, polysilicon doped with impurities, the first barrier film (250) may include, for example, a metal silicon nitride such as titanium silicon nitride (TiSiN), the fourth conductive film (260) may include, for example, a metal such as tungsten, and the tenth mask film (270) may include, for example, a nitride such as silicon nitride.
도 20 내지 도 23을 참조하면, 상기 도전 구조물 막을 패터닝하여, 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 제3 게이트 구조물(330)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 20 to 23, the challenge structure film can be patterned to form a third gate structure (330) on the second region (II) of the substrate (100).
제3 게이트 구조물(330)은 기판(100) 상면에 수직한 수직 방향을 따라 순차적으로 적층된 제2 게이트 절연 패턴(280), 제3 도전 패턴(290), 제1 배리어 패턴(300), 제4 도전 패턴(310) 및 제2 게이트 마스크(320)를 포함할 수 있으며, 순차적으로 적층된 제3 도전 패턴(290), 제1 배리어 패턴(300) 및 제4 도전 패턴(310)은 함께 제2 게이트 전극을 형성할 수 있다. The third gate structure (330) may include a second gate insulating pattern (280), a third conductive pattern (290), a first barrier pattern (300), a fourth conductive pattern (310), and a second gate mask (320) that are sequentially stacked along a vertical direction perpendicular to the upper surface of the substrate (100), and the third conductive pattern (290), the first barrier pattern (300), and the fourth conductive pattern (310) that are sequentially stacked may together form a second gate electrode.
제3 게이트 구조물(330)은 기판(100)의 제2 영역(II) 상에서 상기 수직 방향을 따라 제2 액티브 패턴(105)과 적어도 부분적으로 오버랩되도록 형성될 수 있다. The third gate structure (330) may be formed on the second region (II) of the substrate (100) to at least partially overlap with the second active pattern (105) along the vertical direction.
또한, 기판(100)의 제2 영역(II)에 인접한 기판(100)의 제1 영역(I)의 가장자리 부분 상에 형성된 상기 도전 구조물 막 부분도 함께 제거될 수 있으며, 이에 따라 절연막 구조물(210), 및 제1 개구(230)에 의해 노출된 제1 액티브 패턴(101), 소자 분리 구조물(110) 및 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)의 상면도 부분적으로 노출될 수 있다.In addition, the conductive structure film portion formed on the edge portion of the first region (I) of the substrate (100) adjacent to the second region (II) of the substrate (100) can also be removed together, and accordingly, the upper surfaces of the insulating film structure (210), the first active pattern (101), the device isolation structure (110), and the first and second gate structures (172, 174) exposed by the first opening (230) can also be partially exposed.
한편, 제3 게이트 구조물(330)의 측벽에는 제1 스페이서 구조물이 형성될 수 있으며, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 잔류하는 상기 도전 구조물 막의 측벽에는 제2 스페이서 구조물이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 스페이서 구조물은 제3 게이트 구조물(330)의 측벽으로부터 기판(100) 상면에 평행한 수평 방향을 따라 순차적으로 적층된 제1 및 제3 게이트 스페이서들(340, 350)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 스페이서 구조물은 상기 도전 구조물 막의 측벽으로부터 상기 수평 방향을 따라 순차적으로 적층된 제2 및 제4 게이트 스페이서들(345, 355)을 포함할 수 있다. Meanwhile, a first spacer structure may be formed on a sidewall of the third gate structure (330), and a second spacer structure may be formed on a sidewall of the conductive structure film remaining on the first region (I) of the substrate (100). At this time, the first spacer structure may include first and third gate spacers (340, 350) sequentially stacked along a horizontal direction parallel to an upper surface of the substrate (100) from a sidewall of the third gate structure (330), and the second spacer structure may include second and fourth gate spacers (345, 355) sequentially stacked along the horizontal direction from a sidewall of the conductive structure film.
제1 및 제2 스페이서들(340, 345)은 상기 도전 구조물 막 및 제3 게이트 구조물(330)이 형성된 기판(100) 상에 제1 스페이서 막을 형성한 후 이를 이방성 식각하여 형성할 수 있으며, 제3 및 제4 스페이서들(350, 355)은 상기 도전 구조물 막, 제3 게이트 구조물(330), 및 제1 및 제2 스페이서들(340, 345)이 형성된 기판(100) 상에 제2 스페이서 막을 형성한 후, 이를 이방성 식각하여 형성할 수 있다. The first and second spacers (340, 345) can be formed by forming a first spacer film on a substrate (100) on which the conductive structure film and the third gate structure (330) are formed, and then anisotropically etching the same, and the third and fourth spacers (350, 355) can be formed by forming a second spacer film on a substrate (100) on which the conductive structure film, the third gate structure (330), and the first and second spacers (340, 345) are formed, and then anisotropically etching the same.
제1 및 제2 스페이서들(340, 345)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있으며, 제3 및 제4 스페이서들(350, 355)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다.The first and second spacers (340, 345) may include a nitride, such as silicon nitride, for example, and the third and fourth spacers (350, 355) may include an oxide, such as silicon oxide, for example.
다만, 상기 각 제1 및 제2 스페이서 구조물들의 구성은 위에 한정되지는 않으며, 단일의 스페이서만을 포함하거나, 혹은 3개 이상의 스페이서들이 적층된 구성을 가질 수도 있다.However, the configuration of each of the first and second spacer structures is not limited to the above, and may include only a single spacer, or may have a configuration in which three or more spacers are stacked.
이후, 상기 도전 구조물 막, 제3 게이트 구조물(330), 상기 제1 및 제2 스페이서 구조물들, 및 소자 분리 구조물(110)이 형성된 기판(100) 상에 제1 식각 저지막(360)을 형성할 수 있다. 제1 식각 저지막(360)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.Thereafter, a first etch-stop film (360) may be formed on the substrate (100) on which the above-described challenge structure film, the third gate structure (330), the first and second spacer structures, and the device isolation structure (110) are formed. The first etch-stop film (360) may include a nitride such as silicon nitride, for example.
도 24를 참조하면, 제1 식각 저지막(360) 상에 제1 층간 절연막(370)을 충분한 높이로 형성하고, 제3 게이트 구조물(330)의 상면 및 상기 도전 구조물 막의 상면에 형성된 제1 식각 저지막(360) 부분의 상면이 노출될 때까지 그 상부를 평탄화한 후, 제1 층간 절연막(370) 및 제1 식각 저지막(360) 상에 제1 캐핑막(380)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 24, a first interlayer insulating film (370) is formed on a first etch-stop film (360) to a sufficient height, and the upper portion thereof is flattened until the upper surface of the third gate structure (330) and the upper surface of the first etch-stop film (360) formed on the upper surface of the conductive structure film are exposed, and then a first capping film (380) can be formed on the first interlayer insulating film (370) and the first etch-stop film (360).
이에 따라, 제1 층간 절연막(370)은 제3 게이트 구조물들(330)의 측벽에 각각 형성된 상기 제1 스페이서 구조물들 사이의 공간, 및 제3 게이트 구조물(330)의 측벽에 형성된 상기 제1 스페이서 구조물과 상기 도전 구조물 막의 측벽에 형성된 상기 제2 스페이서 구조물 사이의 공간을 채울 수 있다.Accordingly, the first interlayer insulating film (370) can fill the space between the first spacer structures formed on the sidewalls of the third gate structures (330), and the space between the first spacer structure formed on the sidewall of the third gate structure (330) and the second spacer structure formed on the sidewall of the conductive structure film.
제1 층간 절연막(370)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있으며, 제1 캐핑막(380)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The first interlayer insulating film (370) may include an oxide, such as silicon oxide, for example, and the first capping film (380) may include a nitride, such as silicon nitride, for example.
도 25 내지 도 28을 참조하면, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성된 제1 캐핑막(380) 부분을 식각하여 제1 캐핑 패턴(385)을 형성할 수 있으며, 이를 식각 마스크로 사용하여 제1 식각 저지막(360), 제10 마스크 막(270), 제4 도전막(260), 제1 배리어 막(250) 및 제3 도전막(240)을 순차적으로 식각할 수 있다. Referring to FIGS. 25 to 28, a first capping pattern (385) can be formed by etching a portion of a first capping film (380) formed on a first region (I) of a substrate (100), and using this as an etching mask, a first etch-stop film (360), a tenth mask film (270), a fourth conductive film (260), a first barrier film (250), and a third conductive film (240) can be sequentially etched.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 캐핑 패턴(385)은 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제2 방향(D2)으로 각각 연장되고 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 한편, 기판(100)의 제2 영역(II) 상에는 제1 캐핑막(380)이 잔류할 수 있다.In exemplary embodiments, a plurality of first capping patterns (385) may be formed on the first region (I) of the substrate (100) so as to extend in the second direction (D2) and be spaced apart from each other along the first direction (D1). Meanwhile, a first capping film (380) may remain on the second region (II) of the substrate (100).
상기 식각 공정을 수행함에 따라, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서, 제1 개구(230) 상에는 순차적으로 적층된 제5 도전 패턴(245), 제2 배리어 패턴(255), 제6 도전 패턴(265), 제10 마스크(275), 제1 식각 저지 패턴(365) 및 제1 캐핑 패턴(385)이 형성될 수 있으며, 제1 개구(230) 바깥의 절연막 구조물(210)의 제2 절연막(190) 상에는 순차적으로 적층된 제3 절연 패턴(205), 제5 도전 패턴(245), 제2 배리어 패턴(255), 제6 도전 패턴(265), 제10 마스크(275), 제1 식각 저지 패턴(365) 및 제1 캐핑 패턴(385)이 형성될 수 있다. By performing the above etching process, a fifth conductive pattern (245), a second barrier pattern (255), a sixth conductive pattern (265), a tenth mask (275), a first etching stop pattern (365), and a first capping pattern (385) may be sequentially formed on the first opening (230) on the first region (I) of the substrate (100), and a third insulating pattern (205), a fifth conductive pattern (245), a second barrier pattern (255), a sixth conductive pattern (265), a tenth mask (275), a first etching stop pattern (365), and a first capping pattern (385) may be sequentially formed on the second insulating film (190) of the insulating film structure (210) outside the first opening (230).
이하에서는, 순차적으로 적층된 제5 도전 패턴(245), 제2 배리어 패턴(255), 제6 도전 패턴(265), 제10 마스크(275), 제1 식각 저지 패턴(365) 및 제1 캐핑 패턴(385)을 함께 비트 라인 구조물(395)로 지칭하기로 한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 비트 라인 구조물(395)은 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. Hereinafter, the sequentially stacked fifth conductive pattern (245), the second barrier pattern (255), the sixth conductive pattern (265), the tenth mask (275), the first etching stop pattern (365), and the first capping pattern (385) are collectively referred to as a bit line structure (395). In exemplary embodiments, the bit line structure (395) may extend in the second direction (D2) on the first region (I) of the substrate (100) and may be formed in multiple pieces spaced apart from each other along the first direction (D1).
한편, 제1 방향(D1)을 따라 기판(100)의 제2 영역(II)에 인접한 기판(100)의 제1 영역(I) 부분 상에는, 순차적으로 적층된 제7 도전 패턴(247), 제3 배리어 패턴(257), 제8 도전 패턴(267), 제11 마스크(277), 제2 식각 저지 패턴(367) 및 제2 캐핑 패턴(387)을 포함하며 제2 방향(D2)으로 연장되는 더미 비트 라인 구조물(397)이 형성될 수 있으며, 제3 게이트 구조물(330), 상기 제1 및 제2 스페이서 구조물들, 절연막 구조물(210)의 일부, 제2 액티브 패턴(105) 및 소자 분리 구조물(110) 상에는 제1 식각 저지막(360)이 잔류할 수 있다. 또한, 제3 게이트 구조물(330)의 상면에 형성된 제1 식각 저지막(360) 부분 및 제1 층간 절연막(370) 상에는 제1 캐핑막(380)이 잔류할 수 있다.Meanwhile, a dummy bit line structure (397) including a seventh conductive pattern (247), a third barrier pattern (257), an eighth conductive pattern (267), an eleventh mask (277), a second etch-stop pattern (367), and a second capping pattern (387) sequentially stacked on a first region (I) of the substrate (100) adjacent to a second region (II) of the substrate (100) along the first direction (D1) may be formed, and a first etch-stop film (360) may remain on the third gate structure (330), the first and second spacer structures, a portion of the insulating film structure (210), the second active pattern (105), and the device isolation structure (110). Additionally, a first capping film (380) may remain on the first etching-stop film (360) formed on the upper surface of the third gate structure (330) and on the first interlayer insulating film (370).
도 29 및 30을 참조하면, 비트 라인 구조물(395), 더미 비트 라인 구조물(397) 및 제1 캐핑막(380)이 형성된 기판(100) 상에 제5 스페이서 막을 형성한 후, 상기 제5 스페이서 막 상에 제4 및 제5 절연막들을 순차적으로 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 29 and 30, after forming a fifth spacer film on a substrate (100) on which a bit line structure (395), a dummy bit line structure (397), and a first capping film (380) are formed, fourth and fifth insulating films can be sequentially formed on the fifth spacer film.
상기 제5 스페이서 막은 제2 절연막(190) 상에 형성된 비트 라인 구조물(395) 부분 아래의 제3 절연 패턴(205)의 측벽도 커버할 수 있으며, 상기 제5 절연막은 제1 개구(230)의 나머지 부분을 모두 채울 수 있다.The fifth spacer film can also cover the sidewall of the third insulating pattern (205) below the bit line structure (395) formed on the second insulating film (190), and the fifth insulating film can fill the remaining portion of the first opening (230).
상기 제5 스페이서 막은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있고, 상기 제4 절연막은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있으며, 상기 제5 절연막은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The fifth spacer film may include a nitride, such as, for example, silicon nitride, the fourth insulating film may include an oxide, such as, for example, silicon oxide, and the fifth insulating film may include a nitride, such as, for example, silicon nitride.
이후, 식각 공정을 수행하여, 상기 제4 및 제5 절연막들을 식각할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 식각 공정은 예를 들어, 인산(H2PO3), SC1 및 불산(HF)을 식각액으로 사용하는 습식 식각 공정에 의해 수행될 수 있으며, 상기 제4 및 제5 절연막들 중에서 제1 개구(230) 내에 형성된 부분을 제외한 나머지 부분은 모두 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 제5 스페이서 막의 표면 대부분, 즉 제1 개구(230) 내에 형성된 부분 이외의 상기 제5 스페이서 막 부분이 모두 노출될 수 있으며, 제1 개구(230) 내에 잔류하는 상기 제4 및 제5 절연막들 부분은 각각 제4 및 제5 절연 패턴들(410, 420)을 형성할 수 있다.Thereafter, an etching process may be performed to etch the fourth and fifth insulating films. In exemplary embodiments, the etching process may be performed by a wet etching process using, for example, phosphoric acid (H 2 PO 3 ), SC1, and hydrofluoric acid (HF) as an etchant, and all portions of the fourth and fifth insulating films except for a portion formed within the first opening (230) may be removed. Accordingly, most of the surface of the fifth spacer film, that is, all portions of the fifth spacer film except for a portion formed within the first opening (230), may be exposed, and portions of the fourth and fifth insulating films remaining within the first opening (230) may form fourth and fifth insulating patterns (410, 420), respectively.
이후, 상기 노출된 제5 스페이서 막 표면, 및 제1 개구(230) 내에 형성된 제4 및 제5 절연 패턴들(410, 420) 상에 제6 스페이서 막을 형성한 후, 이를 이방성 식각하여 비트 라인 구조물(395)의 측벽을 커버하는 제6 스페이서(430)를 상기 제5 스페이서 막 표면, 및 제4 및 제5 절연 패턴들(410, 420) 상에 형성할 수 있다. 이때, 제6 스페이서(430)는 더미 비트 라인 구조물(397)의 일 측벽에도 형성될 수 있다. 상기 제6 스페이서(430)는 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다.Thereafter, a sixth spacer film is formed on the exposed fifth spacer film surface and the fourth and fifth insulating patterns (410, 420) formed in the first opening (230), and then anisotropically etched to form a sixth spacer (430) covering a sidewall of the bit line structure (395) on the fifth spacer film surface and the fourth and fifth insulating patterns (410, 420). At this time, the sixth spacer (430) may also be formed on one sidewall of the dummy bit line structure (397). The sixth spacer (430) may include, for example, an oxide such as silicon oxide.
이후, 예를 들어 건식 식각 공정을 추가적으로 수행하여, 제1 액티브 패턴(101) 상면을 노출시키는 제2 개구(440)를 형성할 수 있으며, 제2 개구(440)에 의해 소자 분리 구조물(110) 상면 및 제1 게이트 마스크(160)의 상면도 노출될 수 있다.Thereafter, for example, a dry etching process may be additionally performed to form a second opening (440) that exposes the upper surface of the first active pattern (101), and the upper surface of the element isolation structure (110) and the upper surface of the first gate mask (160) may also be exposed through the second opening (440).
상기 건식 식각 공정에 의해서, 제1 캐핑막(380), 제1 및 제2 캐핑 패턴들(385, 387) 및 제2 절연막(190) 상면에 형성된 상기 제5 스페이서 막 부분이 제거될 수 있으며, 이에 따라 비트 라인 구조물(395)의 측벽을 커버하는 제5 스페이서(400)가 형성될 수 있다. 이때, 제5 스페이서(400)는 더미 비트 라인 구조물(397)의 측벽도 커버할 수 있다.By the above dry etching process, the fifth spacer film portion formed on the upper surface of the first capping film (380), the first and second capping patterns (385, 387), and the second insulating film (190) can be removed, and thus, the fifth spacer (400) covering the sidewall of the bit line structure (395) can be formed. At this time, the fifth spacer (400) can also cover the sidewall of the dummy bit line structure (397).
또한, 상기 건식 식각 공정에서, 제1 및 제2 절연막들(180, 190)도 부분적으로 제거되어 비트 라인 구조물(395) 하부에 각각 제1 및 제2 절연 패턴들(185, 195)로 잔류할 수 있다. 비트 라인 구조물(395) 하부에 순차적으로 적층된 제1 내지 제3 절연 패턴들(185, 195, 205)은 함께 절연 패턴 구조물(215)을 형성할 수 있다.In addition, in the dry etching process, the first and second insulating films (180, 190) may also be partially removed and remain as first and second insulating patterns (185, 195), respectively, under the bit line structure (395). The first to third insulating patterns (185, 195, 205) sequentially stacked under the bit line structure (395) may together form an insulating pattern structure (215).
도 31 내지 도 33을 참조하면, 제1 캐핑막(380) 및 제1 및 제2 캐핑 패턴들(385, 387)의 상면, 제6 스페이서(430)의 외측벽, 제4 및 제5 절연 패턴들(410, 420) 상면 일부, 및 제2 개구(440)에 의해 노출된 제1 액티브 패턴(101), 소자 분리 구조물(110) 및 제1 게이트 마스크(160)의 상면에 제7 스페이서 막을 형성한 후, 상기 제7 스페이서 막을 이방성 식각하여 비트 라인 구조물(395) 및 더미 비트 라인 구조물(397)의 측벽에 형성된 제6 스페이서(430)의 외측벽을 커버하는 제7 스페이서(450)를 형성할 수 있다. 제7 스페이서(450)는 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 31 to 33, a seventh spacer film is formed on the upper surface of the first capping film (380) and the first and second capping patterns (385, 387), the outer wall of the sixth spacer (430), a portion of the upper surface of the fourth and fifth insulating patterns (410, 420), and the upper surface of the first active pattern (101), the device isolation structure (110), and the first gate mask (160) exposed by the second opening (440), and then the seventh spacer film may be anisotropically etched to form a seventh spacer (450) that covers the outer wall of the sixth spacer (430) formed on the sidewall of the bit line structure (395) and the dummy bit line structure (397). The seventh spacer (450) may include, for example, a nitride such as silicon nitride.
기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 비트 라인 구조물(395)의 측벽에 상기 수평 방향을 따라 순차적으로 적층된 제5 내지 제7 스페이서들(400, 430, 450)은 함께 예비 제3 스페이서 구조물(460)로 지칭될 수 있다. The fifth to seventh spacers (400, 430, 450) sequentially stacked along the horizontal direction on the sidewall of the bit line structure (395) on the first region (I) of the substrate (100) may be collectively referred to as a preliminary third spacer structure (460).
이후, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성된 제2 개구(440)를 채우며 불순물이 도핑된 비정질 실리콘을 포함하는 예비 하부 콘택 플러그 막을 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 충분한 높이로 형성하고, 레이저 광을 조사하여 용융 레이저 어닐링(Melting Laser Annealing: MLA) 공정을 수행할 수 있으며, 이에 따라 상기 예비 하부 콘택 플러그 막이 결정화되어 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함하는 하부 콘택 플러그 막이 형성될 수 있다.Thereafter, a preliminary lower contact plug film including amorphous silicon doped with impurities is formed on the first region (I) of the substrate (100) to a sufficient height to fill the second opening (440) formed on the first region (I) of the substrate (100), and a melting laser annealing (MLA) process can be performed by irradiating laser light, whereby the preliminary lower contact plug film can be crystallized to form a lower contact plug film including polysilicon doped with impurities.
이후, 제1 캐핑막(380) 및 제1 및 제2 캐핑 패턴들(385, 387)의 상면이 노출될 때까지 상기 하부 콘택 플러그 막의 상부를 평탄화하여 하부 콘택 플러그(475)를 형성할 수 있다. 하부 콘택 플러그(475)는 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 비트 라인 구조물들(395) 사이, 및 비트 라인 구조물(395)과 더미 비트 라인 구조물(397) 사이에 형성되어 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. Thereafter, the upper portion of the lower contact plug film may be flattened until the upper surfaces of the first capping film (380) and the first and second capping patterns (385, 387) are exposed, thereby forming a lower contact plug (475). The lower contact plug (475) may be formed between bit line structures (395) adjacent to each other in the first direction (D1) on the first region (I) of the substrate (100), and between the bit line structure (395) and the dummy bit line structure (397), and may extend in the second direction (D2), and may be formed in multiple pieces so as to be spaced apart from each other along the first direction (D1).
이후, 제1 캐핑막(380), 비트 라인 구조물(395), 더미 비트 라인 구조물(397) 및 하부 콘택 플러그(475) 상에 제1 방향(D1)으로 각각 연장되며 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 제3 개구들을 갖는 식각 마스크를 형성하고, 하부 콘택 플러그(475)에 대해 이를 사용하는 식각 공정을 수행하여 제4 개구(445)를 형성할 수 있다.Thereafter, an etching mask having third openings extending in the first direction (D1) and spaced apart from each other in the second direction (D2) is formed on the first capping film (380), the bit line structure (395), the dummy bit line structure (397), and the lower contact plug (475), and an etching process using the mask is performed on the lower contact plug (475) to form a fourth opening (445).
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제3 개구는 상기 수직 방향을 따라 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에 오버랩될 수 있으며, 이에 따라 제4 개구(445)는 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에 포함된 제1 게이트 마스크(160)의 상면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 제4 개구(445)가 형성됨에 따라서, 제2 방향(D2)으로 연장되는 하부 콘택 플러그(475)는 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 복수의 부분들로 분리될 수 있다. 이때, 각 하부 콘택 플러그들(475)은 제3 방향(D3)으로 연장되는 제1 액티브 패턴(101)의 제3 방향(D3)으로의 각 말단부의 상면에 접촉할 수 있다.In exemplary embodiments, the third opening may overlap the first and second gate structures (172, 174) along the vertical direction, and thus the fourth opening (445) may be formed to expose a top surface of the first gate mask (160) included in each of the first and second gate structures (172, 174). As the fourth opening (445) is formed, the lower contact plug (475) extending in the second direction (D2) may be separated into a plurality of portions spaced apart from each other in the second direction (D2). At this time, each of the lower contact plugs (475) may contact a top surface of each end portion of the first active pattern (101) extending in the third direction (D3) in the third direction (D3).
상기 식각 마스크를 제거한 후, 제4 개구(445)를 채우는 장벽 패턴(480)을 형성할 수 있다. 장벽 패턴(480)은 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 비트 라인 구조물들(395) 사이, 및 비트 라인 구조물(395)과 더미 비트 라인 구조물(397) 사이에 형성되어 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 장벽 패턴(480)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 절연성 질화물을 포함할 수 있다.After removing the etching mask, a barrier pattern (480) may be formed to fill the fourth opening (445). The barrier pattern (480) may be formed in multiple pieces between bit line structures (395) adjacent to each other in the first direction (D1) on the first region (I) of the substrate (100) and between the bit line structure (395) and the dummy bit line structure (397) so as to be spaced apart from each other in the second direction (D2). The barrier pattern (480) may include, for example, an insulating nitride such as silicon nitride.
지금까지는 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 비트 라인 구조물들(395) 사이에 제2 방향(D2)으로 연장되는 상기 예비 하부 콘택 플러그 막을 형성하고, 이에 대해 MLA 공정을 수행하여 상기 하부 콘택 플러그 막을 형성한 후, 상기 하부 콘택 플러그 막의 상부를 평탄화하여 하부 콘택 플러그(475)를 형성하고, 이를 관통하며 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되는 제4 개구(445)를 형성한 후, 이를 채우는 장벽 패턴(480)을 형성함으로써, 제2 방향(D2)을 따라 교대로 반복적으로 배열되는 하부 콘택 플러그들(475) 및 장벽 패턴들(480)을 형성하는 것에 대해 설명하였으나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지는 않는다.Up to now, the preliminary lower contact plug film extending in the second direction (D2) between the bit line structures (395) adjacent to each other in the first direction (D1) has been formed, and the MLA process is performed thereon to form the lower contact plug film, and then the upper portion of the lower contact plug film is planarized to form the lower contact plug (475), and a fourth opening (445) penetrating therethrough and spaced apart from each other along the second direction (D2) is formed, and then a barrier pattern (480) filling the fourth opening (445) is formed, thereby forming lower contact plugs (475) and barrier patterns (480) that are alternately and repeatedly arranged along the second direction (D2). However, the concept of the present invention is not limited thereto.
즉, 다른 실시예에 있어서, 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 비트 라인 구조물들(395) 사이에 제2 방향(D2)으로 연장되는 장벽막을 형성하고, 상기 장벽막을 관통하며 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되는 제5 개구들을 형성하여 상기 장벽막을 제2 방향(D2)으로 서로 이격되는 장벽 패턴들(480)로 분리한 후, 상기 제5 개구들을 채우는 상기 예비 하부 콘택 플러그 막을 상기 장벽막 상에 형성하고, 이에 대해 MLA 공정을 수행하여 상기 하부 콘택 플러그 막을 형성한 후, 이의 상부를 평탄화하여 하부 콘택 플러그들(475)을 형성함으로써, 제2 방향(D2)을 따라 교대로 반복적으로 배열되는 하부 콘택 플러그들(475) 및 장벽 패턴들(480)을 형성할 수 있다.That is, in another embodiment, a barrier film extending in the second direction (D2) is formed between bit line structures (395) adjacent to each other in the first direction (D1), fifth openings are formed penetrating the barrier film and spaced apart from each other along the second direction (D2) to separate the barrier film into barrier patterns (480) spaced apart from each other in the second direction (D2), and then the preliminary lower contact plug film filling the fifth openings is formed on the barrier film, and an MLA process is performed thereon to form the lower contact plug film, and then the upper portion thereof is planarized to form lower contact plugs (475), thereby forming lower contact plugs (475) and barrier patterns (480) that are alternately and repeatedly arranged along the second direction (D2).
또 다른 실시예에 있어서, 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 비트 라인 구조물들(395) 사이에 제2 방향(D2)으로 연장되며, 예를 들어 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함하는 제2 희생막을 형성하고, 상기 제2 희생막을 관통하며 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되는 장벽 패턴들(480)을 형성한 후, 상기 잔류하는 제2 희생막을 제거하여 제6 개구들을 형성하고, 상기 제6 개구들을 채우는 상기 예비 하부 콘택 플러그 막을 장벽 패턴들(480) 상에 형성한 후, 이에 대해 MLA 공정을 수행하여 하부 콘택 플러그 막(472)을 형성하고, 이의 상부를 평탄화하여 하부 콘택 플러그들(475)을 형성함으로써, 제2 방향(D2)을 따라 교대로 반복적으로 배열되는 하부 콘택 플러그들(475) 및 장벽 패턴들(480)을 형성할 수도 있다.In another embodiment, a second sacrificial film including an oxide such as silicon oxide is formed between neighboring bit line structures (395) in the first direction (D1) and extends in the second direction (D2), and barrier patterns (480) are formed that penetrate the second sacrificial film and are spaced apart from each other along the second direction (D2), and then the remaining second sacrificial film is removed to form sixth openings, and the preliminary lower contact plug film filling the sixth openings is formed on the barrier patterns (480), and then an MLA process is performed thereon to form a lower contact plug film (472), and an upper portion thereof is planarized to form lower contact plugs (475), thereby forming lower contact plugs (475) and barrier patterns (480) that are alternately and repeatedly arranged along the second direction (D2).
도 34를 참조하면, 하부 콘택 플러그(475)의 상부를 제거하여 비트 라인 구조물(395) 및 더미 비트 라인 구조물(397)의 측벽에 형성된 예비 제3 스페이서 구조물(460)의 상부를 노출시킨 후, 노출된 예비 제3 스페이서 구조물(460)의 제6 및 제7 스페이서들(430, 450)의 상부를 제거할 수 있다. Referring to FIG. 34, the upper portion of the lower contact plug (475) is removed to expose the upper portion of the preliminary third spacer structure (460) formed on the sidewalls of the bit line structure (395) and the dummy bit line structure (397), and then the upper portions of the sixth and seventh spacers (430, 450) of the exposed preliminary third spacer structure (460) can be removed.
이후, 하부 콘택 플러그(475)의 상부를 추가적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 하부 콘택 플러그(475)의 상면은 제6 및 제7 스페이서들(430, 450)의 최상면보다 낮아질 수 있다.Thereafter, the upper portion of the lower contact plug (475) can be additionally removed. Accordingly, the upper surface of the lower contact plug (475) can be lower than the uppermost surfaces of the sixth and seventh spacers (430, 450).
이후, 비트 라인 구조물(395), 더미 비트 라인 구조물(397), 예비 제3 스페이서 구조물(460), 장벽 패턴(480), 제1 캐핑막(380), 및 하부 콘택 플러그(475) 상에 제8 스페이서 막을 형성하고 이를 이방성 식각함으로써, 비트 라인 구조물(395)의 제1 방향(D1)으로의 각 양 측벽에 형성된 예비 제3 스페이서 구조물(460)의 상부를 커버하는 제8 스페이서(490)를 형성할 수 있으며, 이에 따라 하부 콘택 플러그(475)의 상면이 노출될 수 있다.Thereafter, an eighth spacer film is formed on the bit line structure (395), the dummy bit line structure (397), the preliminary third spacer structure (460), the barrier pattern (480), the first capping film (380), and the lower contact plug (475), and by anisotropically etching the film, an eighth spacer (490) that covers the upper portion of the preliminary third spacer structure (460) formed on each of the two sidewalls of the bit line structure (395) in the first direction (D1) can be formed, thereby exposing the upper surface of the lower contact plug (475).
이후, 상기 노출된 하부 콘택 플러그(475)의 상면에 오믹 콘택 패턴(500)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 오믹 콘택 패턴(500)은 제1 및 제2 캐핑 패턴들(385, 387), 장벽 패턴(480), 제1 캐핑막(380), 제8 스페이서(490) 및 하부 콘택 플러그(475) 상에 제1 금속막을 형성하고 열처리한 후, 상기 제1 금속막 중에서 미반응 부분을 제거함으로써 형성될 수 있다. 오믹 콘택 패턴(500)은 예를 들어, 코발트 실리사이드, 니켈 실리사이드, 티타늄 실리사이드 등과 같은 금속 실리사이드를 포함할 수 있다.Thereafter, an ohmic contact pattern (500) can be formed on the upper surface of the exposed lower contact plug (475). In exemplary embodiments, the ohmic contact pattern (500) can be formed by forming a first metal film on the first and second capping patterns (385, 387), the barrier pattern (480), the first capping film (380), the eighth spacer (490), and the lower contact plug (475), performing a heat treatment, and then removing an unreacted portion of the first metal film. The ohmic contact pattern (500) can include, for example, a metal silicide such as cobalt silicide, nickel silicide, or titanium silicide.
도 35 및 36을 참조하면, 기판(100)의 제1 영역(I)에 제1 방향(D1)으로 인접한 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에 형성된 제1 캐핑막(380) 부분, 및 그 하부의 제1 층간 절연막(370), 제1 식각 저지막(360), 절연 패턴 구조물(215), 소자 분리 구조물(110) 및 제1 게이트 마스크(160)를 관통하여 제1 도전 패턴(140)을 노출시키는 제7 개구(520)를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 35 and 36, a first capping film (380) portion formed on a second region (II) of the substrate (100) adjacent to a first region (I) of the substrate (100) in a first direction (D1), and a seventh opening (520) that penetrates the first interlayer insulating film (370), the first etch-stop film (360), the insulating pattern structure (215), the device isolation structure (110), and the first gate mask (160) thereunder to expose the first conductive pattern (140) can be formed.
예시적인 실시예들에 있어서, 제7 개구(520)는 제1 게이트 구조물(172)의 제1 단부(173) 혹은 제2 게이트 구조물(174)의 제1 단부(175)에 형성된 제1 게이트 마스크(160)를 관통하여 제1 도전 패턴(140)의 상면을 노출시킬 수 있다.In exemplary embodiments, the seventh opening (520) may penetrate the first gate mask (160) formed at the first end (173) of the first gate structure (172) or the first end (175) of the second gate structure (174) to expose the upper surface of the first conductive pattern (140).
도 37 및 38을 참조하면, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성된 제1 및 제2 캐핑 패턴들(385, 387), 장벽 패턴(480), 제8 스페이서(490), 오믹 콘택 패턴(500) 및 하부 콘택 플러그(475), 및 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성된 제1 캐핑막(380), 및 제7 개구(520)의 측벽 및 이에 의해 노출된 소자 분리 구조물(110) 및 제1 도전 패턴(140) 상에 제4 배리어 막(530)을 형성한 후, 제4 배리어 막(530) 상에 비트 라인 구조물들(395) 사이의 공간, 비트 라인 구조물(395)과 더미 비트 라인 구조물(397) 사이의 공간, 및 제7 개구(520)를 채우는 제2 금속막(540)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 37 and 38, after forming the first and second capping patterns (385, 387), the barrier pattern (480), the eighth spacer (490), the ohmic contact pattern (500), and the lower contact plug (475) formed on the first region (I) of the substrate (100), and the first capping film (380) formed on the second region (II) of the substrate (100), and the fourth barrier film (530) on the sidewall of the seventh opening (520) and the device isolation structure (110) and the first conductive pattern (140) exposed thereby, a second metal film (540) can be formed on the fourth barrier film (530) to fill the space between the bit line structures (395), the space between the bit line structure (395) and the dummy bit line structure (397), and the seventh opening (520).
도 39 및 40을 참조하면, 제2 금속막(540) 및 제4 배리어 막(530)을 패터닝할 수 있다.Referring to FIGS. 39 and 40, the second metal film (540) and the fourth barrier film (530) can be patterned.
이에 따라, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서는 상부 콘택 플러그(549)가 형성될 수 있고, 기판(100)의 제2 영역(II) 상에서는 제3 배선(605)이 형성될 수 있다. 또한, 기판(100)의 제1 영역(I)에 제1 방향(D1)으로 인접한 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서는 제1 및 제2 배선들(602, 604)이 형성될 수 있으며, 기판(100)의 제2 영역(II)에 제1 방향(D1)으로 인접한 기판(100)의 제1 영역(I) 부분 상에서는 제4 배선(607)이 형성될 수 있다. 이때, 상부 콘택 플러그(549), 및 제1 내지 제4 배선들(602, 604, 605, 607) 사이에는 제8 개구(547)가 형성될 수 있다.Accordingly, an upper contact plug (549) may be formed on a first region (I) of the substrate (100), and a third wiring (605) may be formed on a second region (II) of the substrate (100). In addition, first and second wirings (602, 604) may be formed on a portion of a second region (II) of the substrate (100) adjacent to the first region (I) of the substrate (100) in the first direction (D1), and a fourth wiring (607) may be formed on a portion of the first region (I) of the substrate (100) adjacent to the second region (II) of the substrate (100) in the first direction (D1). At this time, an eighth opening (547) may be formed between the upper contact plug (549) and the first to fourth wirings (602, 604, 605, 607).
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 배선(602)은 상기 수직 방향을 따라 제1 게이트 구조물(172)의 제1 단부(173)에 오버랩될 수 있으며, 제2 배선(604)은 상기 수직 방향을 따라 제2 게이트 구조물(174)의 제1 단부(175)에 오버랩될 수 있다. 이에 따라, 제1 배선(602)은 기판(100)의 제1 영역(I)의 제1 측에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있으며, 제2 배선(604)은 기판(100)의 제1 영역(I)의 제2 측에 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분 상에서 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 배선들(602, 604)은 기판(100)의 제1 방향(D1)으로의 양 측들에 각각 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 부분들 상에서 제2 방향(D2)을 따라 지그재그 패턴으로 배치될 수 있다.In exemplary embodiments, the first wiring (602) may overlap the first end (173) of the first gate structure (172) along the vertical direction, and the second wiring (604) may overlap the first end (175) of the second gate structure (174) along the vertical direction. Accordingly, the first wiring (602) may be formed in multiple pieces so as to be spaced apart from each other along the second direction (D2) on the second region (II) portion of the substrate (100) formed on the first side of the first region (I) of the substrate (100), and the second wiring (604) may be formed in multiple pieces so as to be spaced apart from each other along the second direction (D2) on the second region (II) portion of the substrate (100) formed on the second side of the first region (I) of the substrate (100). In exemplary embodiments, the first and second wires (602, 604) may be arranged in a zigzag pattern along the second direction (D2) on portions of the second region (II) of the substrate (100) formed on each of the two sides in the first direction (D1) of the substrate (100).
제8 개구(547)는 제2 금속막(540) 및 제4 배리어 막(530)뿐만 아니라, 제1 및 제2 캐핑 패턴들(385, 387), 장벽 패턴(480), 제1 캐핑막(380), 예비 제3 스페이서 구조물(460), 제8 스페이서(490), 제1 식각 저지막(360), 제1 식각 저지 패턴(365) 및 제10 마스크(275)도 함께 부분적으로 제거함으로써 형성될 수 있으며, 이에 따라 제6 스페이서(430)의 상면을 노출시킬 수 있다. The eighth opening (547) can be formed by partially removing not only the second metal film (540) and the fourth barrier film (530), but also the first and second capping patterns (385, 387), the barrier pattern (480), the first capping film (380), the preliminary third spacer structure (460), the eighth spacer (490), the first etch-stop film (360), the first etch-stop pattern (365), and the tenth mask (275), thereby exposing the upper surface of the sixth spacer (430).
제8 개구(547)가 형성됨에 따라서, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 제2 금속막(540) 및 제4 배리어 막(530)은 각각 제1 금속 패턴(545) 및 이의 하면을 커버하는 제4 배리어 패턴(535)으로 변환될 수 있으며, 이들은 함께 상부 콘택 플러그(549)를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상부 콘택 플러그(549)는 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 각 제1 및 제2 방향들(D1, D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있으며, 상부에서 보았을 때 벌집 모양으로 배열될 수 있다. 각 상부 콘택 플러그들(549)은 상면에서 보았을 때 예를 들어, 원형, 타원형 혹은 다각형 모양을 가질 수 있다.As the eighth opening (547) is formed, the second metal film (540) and the fourth barrier film (530) on the first region (I) of the substrate (100) may be converted into the first metal pattern (545) and the fourth barrier pattern (535) covering the lower surface thereof, respectively, and these may together form an upper contact plug (549). In exemplary embodiments, the upper contact plugs (549) may be formed in multiple pieces so as to be spaced apart from each other along the first and second directions (D1, D2) on the first region (I) of the substrate (100) and may be arranged in a honeycomb shape when viewed from above. Each of the upper contact plugs (549) may have, for example, a circular, oval, or polygonal shape when viewed from the top.
기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 순차적으로 적층된 하부 콘택 플러그(475), 오믹 콘택 패턴(500) 및 상부 콘택 플러그(549)는 함께 제1 콘택 플러그 구조물을 형성할 수 있다.The lower contact plug (475), the ohmic contact pattern (500), and the upper contact plug (549) sequentially stacked on the first region (I) of the substrate (100) can together form a first contact plug structure.
각 제1 및 제2 배선들(602, 604)은 제3 금속 패턴(590) 및 이의 하면을 커버하는 제6 배리어 패턴(580)을 포함할 수 있다. 제3 배선(605)은 제4 금속 패턴(595) 및 이의 하면을 커버하는 제7 배리어 패턴(585)을 포함할 수 있다. 제4 배선(607)은 제5 금속 패턴(597) 및 이의 하면을 커버하는 제8 배리어 패턴(587)을 포함할 수 있다.Each of the first and second wires (602, 604) may include a third metal pattern (590) and a sixth barrier pattern (580) covering a lower surface thereof. The third wire (605) may include a fourth metal pattern (595) and a seventh barrier pattern (585) covering a lower surface thereof. The fourth wire (607) may include a fifth metal pattern (597) and an eighth barrier pattern (587) covering a lower surface thereof.
한편, 제7 개구(520) 내에는 제2 금속 패턴(560) 및 제5 배리어 패턴(550)을 포함하는 제2 콘택 플러그(570)가 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제2 콘택 플러그(570)는 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에 포함된 제1 단부들(173, 175)에 접촉할 수 있다. 이때, 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에 포함된 제1 단부들(173, 175)은 제2 도전 패턴(150)을 포함하지 않으므로, 제2 콘택 플러그(570)는 제1 게이트 마스크(160)를 관통하여 제1 도전 패턴(140)에 접촉할 수 있으며, 제2 도전 패턴(150)에는 접촉하지 않을 수 있다.Meanwhile, a second contact plug (570) including a second metal pattern (560) and a fifth barrier pattern (550) may be formed within the seventh opening (520). In exemplary embodiments, the second contact plug (570) may contact the first ends (173, 175) included in each of the first and second gate structures (172, 174). At this time, since the first ends (173, 175) included in each of the first and second gate structures (172, 174) do not include the second conductive pattern (150), the second contact plug (570) may contact the first conductive pattern (140) by penetrating the first gate mask (160) and may not contact the second conductive pattern (150).
제1 및 제2 배선들(602, 604)은 제2 콘택 플러그(570)를 통해 제1 도전 패턴(140)과 접촉할 수 있으며, 이에 따라 각각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)에 전기적 신호를 인가할 수 있다. 제3 배선(605)은 상기 수직 방향으로 제3 게이트 구조물(330)에 오버랩될 수 있다. 제4 배선(607)은 상기 수직 방향으로 더미 비트 라인 구조물(397)에 오버랩될 수 있다.The first and second wirings (602, 604) may be in contact with the first conductive pattern (140) through the second contact plug (570), thereby applying electrical signals to the first and second gate structures (172, 174), respectively. The third wiring (605) may overlap the third gate structure (330) in the vertical direction. The fourth wiring (607) may overlap the dummy bit line structure (397) in the vertical direction.
도 41 내지 도 44를 참조하면, 노출된 제6 스페이서(430)를 제거하여, 제8 개구(547)에 연통하는 에어 갭(435)를 형성할 수 있다. 제6 스페이서(430)는 예를 들어, 습식 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. Referring to FIGS. 41 to 44, the exposed sixth spacer (430) may be removed to form an air gap (435) communicating with the eighth opening (547). The sixth spacer (430) may be removed, for example, by a wet etching process.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 방향(D2)으로 연장되는 비트 라인 구조물(395)의 측벽 및 더미 비트 라인 구조물(397)의 측벽에 형성된 제6 스페이서(430)는 제8 개구(547)에 의해 직접 노출된 부분뿐만 아니라, 상기 부분과 수평 방향으로 평행한 부분까지 모두 제거될 수 있다. 즉, 제8 개구(547)에 의해 노출되어 상부 콘택 플러그(549)에 의해 커버되지 않는 제6 스페이서(430) 부분뿐만 아니라, 상부 콘택 플러그(549)에 의해 커버된 부분까지 모두 제거될 수 있다.In exemplary embodiments, the sixth spacer (430) formed on the sidewall of the bit line structure (395) extending in the second direction (D2) and the sidewall of the dummy bit line structure (397) can be removed not only in the portion directly exposed by the eighth opening (547) but also in the portion parallel to the portion in the horizontal direction. That is, not only in the portion of the sixth spacer (430) exposed by the eighth opening (547) and not covered by the upper contact plug (549), but also in the portion covered by the upper contact plug (549) can be removed.
이후, 제8 개구(547)를 채우는 제2 층간 절연막을 형성할 수 있다.Afterwards, a second interlayer insulating film can be formed to fill the eighth opening (547).
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 층간 절연막은 순차적으로 적층된 제6 및 제7 절연막들(610, 620)을 포함할 수 있다. 제6 절연막(610)은 갭필 특성이 낮은 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 제8 개구(547) 하부의 에어 갭(435)이 채워지지 않고 잔류할 수 있다. 이때, 에어 갭(435)은 에어 스페이서(435)로 지칭될 수도 있으며, 제5 및 제7 스페이서들(400, 450)과 함께 제3 스페이서 구조물(465)을 형성할 수 있다. 즉, 에어 갭(435)은 공기를 포함하는 스페이서일 수 있다. 제7 절연막(620)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물 혹은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the second interlayer insulating film may include sixth and seventh insulating films (610, 620) that are sequentially laminated. The sixth insulating film (610) may be formed using an insulating material having low gapfill characteristics, and thus, the air gap (435) below the eighth opening (547) may remain unfilled. At this time, the air gap (435) may also be referred to as an air spacer (435) and may form a third spacer structure (465) together with the fifth and seventh spacers (400, 450). That is, the air gap (435) may be a spacer that includes air. The seventh insulating film (620) may include an oxide, such as silicon oxide, or a nitride, such as silicon nitride.
이후, 상부 콘택 플러그(549)의 상면과 접촉하는 커패시터(665)를 형성할 수 있다.Afterwards, a capacitor (665) that comes into contact with the upper surface of the upper contact plug (549) can be formed.
즉, 상부 콘택 플러그(549), 상기 제2 층간 절연막, 및 제1 내지 제4 배선들(602, 604, 605, 607) 상에 제2 식각 저지막(630) 및 몰드막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성하고, 이들을 부분적으로 식각하여 상부 콘택 플러그(549)의 상면을 부분적으로 노출시키는 제9 개구를 형성할 수 있다. 제2 식각 저지막(630)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.That is, a second etch-stop film (630) and a mold film (not shown) may be sequentially formed on the upper contact plug (549), the second interlayer insulating film, and the first to fourth wirings (602, 604, 605, 607), and these may be partially etched to form a ninth opening that partially exposes the upper surface of the upper contact plug (549). The second etch-stop film (630) may include, for example, a nitride such as silicon nitride.
상기 제9 개구를 채우는 하부 전극막을 상기 노출된 상부 콘택 플러그(549)의 상면 및 상기 몰드막 상에 형성하고, 상기 몰드막 상면이 노출될 때까지 상기 하부 전극막의 상부를 평탄화함으로써 상기 하부 전극막을 노드 분리할 수 있다. 이후, 예를 들어, 습식 식각 공정을 수행함으로써 상기 몰드막을 제거할 수 있으며, 이에 따라 상기 노출된 상부 콘택 플러그(549)의 상면에는 필라형(pillar) 하부 전극(640)이 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제9 개구 내에는 실린더형 하부 전극(640)이 형성될 수도 있다. 하부 전극(640)은 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드, 불순물이 도핑된 폴리실리콘 등을 포함할 수 있다.A lower electrode film filling the ninth opening may be formed on the upper surface of the exposed upper contact plug (549) and the mold film, and the upper portion of the lower electrode film may be planarized until the upper surface of the mold film is exposed, thereby node-separating the lower electrode film. Thereafter, for example, the mold film may be removed by performing a wet etching process, and thus a pillar-shaped lower electrode (640) may be formed on the upper surface of the exposed upper contact plug (549). Alternatively, a cylindrical lower electrode (640) may be formed within the ninth opening. The lower electrode (640) may include a metal, a metal nitride, a metal silicide, polysilicon doped with impurities, or the like.
이후, 하부 전극(640)의 표면 및 제2 식각 저지막(630) 상에 유전막(650)을 형성하고, 유전막(650) 상에 상부 전극(660)을 형성함으로써, 하부 전극(640), 유전막(650) 및 상부 전극(660)을 포함하는 커패시터(670)를 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성할 수 있다.Thereafter, a dielectric film (650) is formed on the surface of the lower electrode (640) and the second etching-stop film (630), and an upper electrode (660) is formed on the dielectric film (650), thereby forming a capacitor (670) including the lower electrode (640), the dielectric film (650), and the upper electrode (660) on the first region (I) of the substrate (100).
유전막(650)은 예를 들어, 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 상부 전극(660)은 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드, 불순물이 도핑된 폴리실리콘 등을 포함할 수 있다.The dielectric film (650) may include, for example, a metal oxide, and the upper electrode (660) may include a metal, a metal nitride, a metal silicide, polysilicon doped with impurities, etc.
이후, 기판(100) 상에 형성된 커패시터(670), 비트 라인 구조물(395), 및 제1 내지 제4 배선들(602, 604, 605, 607)에 전기적으로 연결되는 콘택 플러그들 및 상부 배선들을 형성함으로써, 상기 반도체 장치의 제조가 완성될 수 있다.Thereafter, by forming contact plugs and upper wirings electrically connected to the capacitor (670), bit line structure (395), and first to fourth wirings (602, 604, 605, 607) formed on the substrate (100), the manufacturing of the semiconductor device can be completed.
전술한 바와 같이, 기판(100)의 제1 영역(I)에 인접한 기판(100)의 제2 영역(II) 부분들 상에서 예비 소자 분리 구조물(111)의 상부를 제거하여 제4 및 제5 리세스들(52, 54)을 형성하고, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서 예비 소자 분리 구조물(111) 및 제1 액티브 패턴(101)의 상부를 제거하여 제4 및 제5 리세스들(52, 54)에 각각 연결되며 제1 방향(D1)으로 연장되는 제6 및 제7 리세스들(98, 99)을 형성한 후, 제4 및 제6 리세스들(52, 98) 내에 제1 게이트 구조물(172)을 형성하고 제5 및 제7 리세스들(54, 99) 내에 제2 게이트 구조물을(174)을 형성할 수 있다. 이때, 제4 및 제5 리세스들(52, 54)의 제1 및 제2 폭들(W1, W2)은 각각 제6 및 제7 리세스들(98, 99)의 제3 및 제4 폭들(W3, W4)보다 클 수 있다.As described above, the upper portion of the preliminary device isolation structure (111) is removed on portions of the second region (II) of the substrate (100) adjacent to the first region (I) of the substrate (100) to form the fourth and fifth recesses (52, 54), and the upper portion of the preliminary device isolation structure (111) and the first active pattern (101) is removed on the first region (I) of the substrate (100) to form the sixth and seventh recesses (98, 99) which are respectively connected to the fourth and fifth recesses (52, 54) and extend in the first direction (D1), and then the first gate structure (172) can be formed in the fourth and sixth recesses (52, 98) and the second gate structure (174) can be formed in the fifth and seventh recesses (54, 99). At this time, the first and second widths (W1, W2) of the fourth and fifth recesses (52, 54) may be larger than the third and fourth widths (W3, W4) of the sixth and seventh recesses (98, 99), respectively.
만약, 기판(100)의 제1 영역(I) 및 이에 인접한 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 제1 방향(D1)으로 연장되는 제6 및 제7 리세스들(98, 99)을 형성하고 이들 내에 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)을 각각 형성하는 경우에는, 기판(100)의 제1 및 제2 영역들(I, II)에 형성된 하부 구조물들의 차이에 의해서, 제6 및 제7 리세스들(98, 99)을 형성하기 위한 더블 패터닝 공정 혹은 쿼드러플 패터닝 공정에 사용되는 식각 마스크들 사이의 간격이 서로 다르게 형성될 수 있다. If sixth and seventh recesses (98, 99) extending in the first direction (D1) are formed on the first region (I) of the substrate (100) and the second region (II) of the substrate (100) adjacent thereto, and first and second gate structures (172, 174) are formed within them, respectively, the spacing between etching masks used in the double patterning process or quadruple patterning process for forming the sixth and seventh recesses (98, 99) may be formed differently due to the difference in the substructures formed in the first and second regions (I, II) of the substrate (100).
즉, 상기 더블 패터닝 공정 혹은 쿼드러플 패터닝 공정에서, 산화물을 포함하는 예비 소자 분리 구조물(111)이 형성된 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성되는 식각 마스크들 사이의 간격은 예비 소자 분리 구조물(111)과 함께 실리콘을 포함하는 제1 액티브 패턴(101)이 형성된 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성되는 식각 마스크들 사이의 간격보다 작아질 수 있으며, 이에 따라, 제1 방향(D1)으로 연장되도록 형성되는 각 제6 및 제7 리세스들(98, 99)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 기판(100)의 제1 영역(I) 상에서보다 기판(100)의 제2 영역(II) 상에서 더 작게 형성될 수 있다.That is, in the double patterning process or quadruple patterning process, the gap between the etching masks formed on the second region (II) of the substrate (100) on which the preliminary element isolation structure (111) including oxide is formed may be smaller than the gap between the etching masks formed on the first region (I) of the substrate (100) on which the first active pattern (101) including silicon is formed together with the preliminary element isolation structure (111), and accordingly, the width in the second direction (D2) of each of the sixth and seventh recesses (98, 99) formed to extend in the first direction (D1) may be formed smaller on the second region (II) of the substrate (100) than on the first region (I) of the substrate (100).
이에 따라, 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성되는 각 제6 및 제7 리세스들(98, 99)의 말단부의 폭이 좁게 형성될 수 있으며, 이들 내에 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)의 말단부가 잘 형성되지 못할 수 있다. 이는 이후 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)의 말단부에 접촉하도록 형성되는 제2 콘택 플러그(570)와의 접촉 불량을 야기하여 전기적 신호 전달이 양호하지 못하게 할 수 있다.Accordingly, the width of the end portions of each of the sixth and seventh recesses (98, 99) formed on the second region (II) of the substrate (100) may be formed narrowly, and the end portions of each of the first and second gate structures (172, 174) may not be formed properly within them. This may cause poor contact with the second contact plug (570) formed to contact the end portions of each of the first and second gate structures (172, 174) thereafter, thereby preventing good electrical signal transmission.
하지만 예시적인 실시예들에 있어서, 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성되는 제6 및 제7 리세스들(98, 99)보다 제2 방향(D2)으로 더 큰 폭을 갖는 제4 및 제5 리세스들(52, 54)을 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 별도로 형성하고, 이들에 각각 연결되도록 제6 및 제7 리세스들(98, 99)을 기판(100)의 제1 영역(I)에 형성한 후, 서로 연결된 제4 및 제6 리세스들(52, 98) 및 서로 연결된 제5 및 제7 리세스들(54, 99) 내에 제1 및 제2 게이트 구조물들을(172, 174)을 형성할 수 있다. However, in exemplary embodiments, fourth and fifth recesses (52, 54) having a larger width in the second direction (D2) than the sixth and seventh recesses (98, 99) formed on the first region (I) of the substrate (100) are separately formed on the second region (II) of the substrate (100), and the sixth and seventh recesses (98, 99) are formed in the first region (I) of the substrate (100) so as to be respectively connected thereto, and then the first and second gate structures (172, 174) can be formed within the fourth and sixth recesses (52, 98) that are connected to each other and the fifth and seventh recesses (54, 99) that are connected to each other.
이에 따라, 각 제1 및 제2 게이트 구조물들(172, 174)의 제1 방향(D1)으로의 말단부들의 제2 방향(D2)으로의 폭이 좁게 형성되지 않을 수 있으며, 이에 접촉하도록 형성되는 제2 콘택 플러그(570)와의 전기적 연결이 양호할 수 있다. Accordingly, the width of the ends of the first direction (D1) of each of the first and second gate structures (172, 174) in the second direction (D2) may not be formed narrowly, and the electrical connection with the second contact plug (570) formed to make contact therewith may be good.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof as described above, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims.
20, 30: 제1, 제2 마스크 막
40, 45, 275, 277: 제3, 제9, 제10, 제11 마스크
70, 80, 90, 25, 35: 제4 내지 제8 마스크 막
100: 기판
102, 104, 106, 52, 54, 98, 99: 제1 내지 제7 리세스
110: 소자 분리 구조물
111: 예비 소자 분리 구조물
112, 114, 116: 제1 내지 제3 소자 분리 패턴들
113: 제1 소자 분리막
120, 280: 제1, 제2 게이트 절연 패턴
125, 220: 제1, 제2 게이트 절연막
140, 150, 290, 310, 245, 265, 247, 267: 제1 내지 제8 도전 패턴
160, 320: 제1, 제2 게이트 마스크
172, 174, 330: 제1 내지 제3 게이트 구조물
180, 190, 200: 제1 내지 제3 절연막
185, 195, 205, 410, 420: 제1 내지 제5 절연 패턴
210: 절연막 구조물
215: 절연 패턴 구조물
230, 440: 제1, 제2 개구
240, 260: 제3, 제4 도전막
250, 530: 제1, 제4 배리어 막
270: 제10 마스크 막
300, 255, 257, 535, 550, 580, 585, 587: 제1 내지 제8 배리어 패턴
340, 345, 350, 355, 400, 430, 450, 490: 제1 내지 제8 스페이서
360, 630: 제1, 제2 식각 저지막
365, 367: 제1, 제2 식각 저지 패턴
370: 제1 층간 절연막
380: 제1 캐핑막
385, 387: 제1, 제2 캐핑 패턴
395: 비트 라인 구조물
397: 더미 비트 라인 구조물
435: 에어 스페이서
445, 520, 547: 제4, 제7, 제8 개구
460: 예비 제3 스페이서 구조물
465: 제3 스페이서 구조물
475, 549: 하부, 상부 콘택 플러그
500: 오믹 콘택 패턴
540: 제2 금속막
545, 560, 590, 595, 597: 제1 내지 제5 금속 패턴
570: 제2 콘택 플러그
602, 604, 605, 607: 제1 내지 제4 배선
610, 620: 제6, 제7 절연막
640, 660: 하부, 상부 전극
650: 유전막
670: 커패시터20, 30: 1st and 2nd mask membranes
40, 45, 275, 277: 3rd, 9th, 10th, 11th masks
70, 80, 90, 25, 35: 4th to 8th mask membranes
100: Substrate
102, 104, 106, 52, 54, 98, 99: 1st to 7th recesses
110: Element isolation structure 111: Spare element isolation structure
112, 114, 116: First to third element separation patterns
113: First element separator
120, 280: First and second gate insulation patterns
125, 220: First and second gate insulating films
140, 150, 290, 310, 245, 265, 247, 267: 1st to 8th challenge patterns
160, 320: 1st and 2nd gate masks
172, 174, 330: First to third gate structures
180, 190, 200: 1st to 3rd insulating films
185, 195, 205, 410, 420: 1st to 5th insulation patterns
210: Insulating film structure 215: Insulating pattern structure
230, 440: 1st and 2nd openings
240, 260: 3rd and 4th challenge curtains
250, 530: 1st, 4th barrier membrane 270: 10th mask membrane
300, 255, 257, 535, 550, 580, 585, 587: 1st to 8th barrier patterns
340, 345, 350, 355, 400, 430, 450, 490: 1st to 8th spacers
360, 630: First and second etching stop films 365, 367: First and second etching stop patterns
370: First interlayer insulating film 380: First capping film
385, 387: 1st and 2nd capping patterns
395: Bit line structure 397: Dummy bit line structure
435: Air spacer 445, 520, 547: 4th, 7th, 8th openings
460: Spare third spacer structure 465: Third spacer structure
475, 549: Lower, Upper Contact Plugs
500: Ohmic contact pattern 540: Second metal film
545, 560, 590, 595, 597: First to fifth metal patterns
570: Second contact plug 602, 604, 605, 607: First to fourth wiring
610, 620: 6th and 7th insulating films 640, 660: Lower and upper electrodes
650: dielectric film 670: capacitor
Claims (10)
상기 제1 및 제2 게이트 구조물들 상에서 상기 제2 방향으로 각각 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격된 비트 라인 구조물들; 및
상기 비트 라인 구조물들 상에 형성된 커패시터들을 포함하며,
상기 각 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 방향으로의 제1 단부의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 각 제1 게이트 구조물들의 나머지 부분들의 상기 제2 방향으로의 폭보다 크고, 상기 각 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 방향으로의 제1 단부의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 각 제2 게이트 구조물들의 나머지 부분들의 상기 제2 방향으로의 폭보다 크며,
상기 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들은 상기 제2 방향으로 서로 얼라인되고, 상기 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들은 상기 제2 방향으로 서로 얼라인되며,
상기 제1 게이트 구조물들의 상기 제1 단부들과 상기 제2 게이트 구조물들의 상기 제2 단부들은 상기 제2 방향을 따라 지그재그 패턴으로 배치된 반도체 장치.First and second gate structures embedded in the upper portion of the substrate, each extending in a first direction and alternately and repeatedly arranged along a second direction intersecting the first direction;
Bit line structures extending in the second direction on the first and second gate structures and spaced apart from each other in the first direction; and
Comprising capacitors formed on the above bit line structures,
The width of the first end of each of the first gate structures in the first direction in the second direction is greater than the width of the remaining portions of each of the first gate structures in the second direction, and the width of the first end of each of the second gate structures in the first direction in the second direction is greater than the width of the remaining portions of each of the second gate structures in the second direction.
The first ends of the first gate structures are aligned with each other in the second direction, and the first ends of the second gate structures are aligned with each other in the second direction.
A semiconductor device wherein the first ends of the first gate structures and the second ends of the second gate structures are arranged in a zigzag pattern along the second direction.
상기 각 제2 게이트 구조물들의 상기 제1 단부의 저면은 상기 각 제2 게이트 구조물들의 상기 나머지 부분들의 저면과 실질적으로 동일한 높이에 형성된 반도체 장치.In the first paragraph, the bottom surface of the first end of each of the first gate structures is formed at substantially the same height as the bottom surfaces of the remaining portions of each of the first gate structures,
A semiconductor device wherein the bottom surface of the first end of each of the second gate structures is formed at substantially the same height as the bottom surfaces of the remaining portions of each of the second gate structures.
상기 각 제1 및 제2 게이트 구조물들은 상기 기판의 상기 제1 영역, 및 상기 기판의 상기 제1 영역에 상기 제1 방향으로 인접한 상기 기판의 상기 제2 영역 부분들에 형성된 반도체 장치.In the first aspect, the substrate includes a first region and a second region surrounding the first region,
A semiconductor device wherein the first and second gate structures are formed in the first region of the substrate and in portions of the second region of the substrate adjacent to the first region of the substrate in the first direction.
Publications (1)
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KR20240162202A true KR20240162202A (en) | 2024-11-15 |
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