KR100950552B1 - 매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100950552B1
KR100950552B1 KR1020080024951A KR20080024951A KR100950552B1 KR 100950552 B1 KR100950552 B1 KR 100950552B1 KR 1020080024951 A KR1020080024951 A KR 1020080024951A KR 20080024951 A KR20080024951 A KR 20080024951A KR 100950552 B1 KR100950552 B1 KR 100950552B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
bit line
film
semiconductor device
pillar
Prior art date
Application number
KR1020080024951A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090099774A (ko
Inventor
성민규
양홍선
장세억
조흥재
임관용
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020080024951A priority Critical patent/KR100950552B1/ko
Publication of KR20090099774A publication Critical patent/KR20090099774A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100950552B1 publication Critical patent/KR100950552B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/39—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor and the transistor being in a same trench
    • H10B12/395—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor and the transistor being in a same trench the transistor being vertical
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01—Manufacture or treatment
    • H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
    • H10B12/0383—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate wherein the transistor is vertical
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/48—Data lines or contacts therefor
    • H10B12/482—Bit lines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명은 비트라인의 저항을 감소시켜 고속 동작을 구현할 수 있는 수직트랜지스터를 구비하는 반도체소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체소자의 제조 방법은 제1기판과 제2기판 사이에 비트라인으로 사용되는 금속함유막이 매립되고 상기 금속함유막과 상기 제2기판 사이에 배리어막이 삽입된 기판을 준비하는 단계; 상기 제2기판의 일부를 가공하여 활성필라를 포함하는 복수의 필라구조물을 형성하는 단계; 상기 활성필라 각각의 외벽을 에워싸는 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 필라구조물 사이의 제2기판 내에 불순물영역을 형성하는 단계; 상기 불순물영역과 상기 금속함유막을 동시에 식각하여 이웃하는 비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계를 포함하고, 본 발명은 금속함유막으로 이루어진 비트라인을 형성하므로써 비트라인의 저항값이 현저히 감소하게 되고, 이로써 고속동작을 구현할 수 있다. 아울러, 비트라인의 피치를 증가시키지 않아도 되므로 4F2의 단위셀면적을 유지하면서 고속소자 특성을 만족시킬 수 있다.
수직채널트랜지스터, 워드라인, 금속막, 비트라인, 필라

Description

매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE WITH VERTICAL CHANNEL TRANSISTOR AND BURIED BITLINE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 반도체소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 수직채널 트랜지스터를 구비한 반도체소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 집적도 향상을 위해 40nm 이하급 메모리 소자가 요구되고 있는데, 8F2(F:minimum feature size) 또는 6F2 셀아키텍쳐(cell architecture) 형태에서 사용하는 플라나(Planar) 또는 리세스드 게이트 트랜지스터(Recessed Gate Taransistor)의 경우에는 40nm 이하로 스케일링(scaling) 하기가 매우 어려운 문제가 있다. 따라서 동일 스케일링에서 집적도를 1.5∼2 배 향상시킬 수 있는 4F2 셀아키텍쳐를 갖는 DRAM 소자가 요구되고 있으며, 그에 따라 수직채널 트랜지스터(Vertical channel transistor)가 제안되었다.
수직 채널 트랜지스터는 반도체 기판 상에서 수직으로 연장된 필라(Active pillar)의 주위를 감싸는 환형(Surround type) 게이트전극을 형성하고, 게이트 전 극을 중심으로 하여 필라의 상부와 하부에 각각 소스영역과 드레인 영역을 형성함으로써 채널이 수직으로 형성되는 트랜지스터이다. 그러므로, 트랜지스터의 면적을 감소시키더라도 채널 길이에 구애받지 않는다.
도 1a은 종래기술에 따른 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자의 구조를 도시한 단면도이고, 도 1b는 종래기술에 따른 반도체소자의 구조를 도시한 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(11) 상에 바디필라(12), 헤드필라(13), 버퍼막패턴(14), 하드마스크막패턴(15) 및 캡핑막(16)을 포함하는 복수의 필라구조물(100)이 형성된다.
그리고, 바디필라(12)의 외벽을 게이트절연막(17)과 게이트전극(18)이 에워싸고 있으며, 기판(11)내에는 불순물 주입에 의한 매립형 비트라인(19)이 형성되어 있다. 이웃하는 비트라인(19)을 분리시키는 트렌치(19A) 내부에 층간절연막(20)이 매립되어 있다.
그리고, 워드라인(21)은 게이트전극(18)에 연결되면서 비트라인(19)과 교차하는 방향으로 형성되어 있다.
그러나, 종래기술은 비트라인(19)이 기판(11)에 불순물을 이온주입하여 형성하므로 금속막이 아닌 실리콘배선 형태가 되어 비저항값이 크기 때문에 비트라인의 저항값이 크게 되는 단점이 발생한다.
이와 같이, 비트라인을 금속막이 아닌 불순물이 도핑된 실리콘을 이용하므로 비트라인의 저항값이 크게 되고, 이로써 비트라인의 저항값이 높아 고속소자 특성 에 불리하다.
이를 해결하기 위해서 도 1b와 같이, 비트라인의 전류경로(Current path, 도면부호 'I')를 크게 해야 하므로 비트라인의 피치(pitch)값이 증가해야 한다. 그러나, 이럴 경우 단위셀면적(2F×2F=4F2 이상)이 증가하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비트라인의 저항값을 감소시켜 고속 동작을 구현할 수 있는 수직트랜지스터를 구비하는 반도체소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자는 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 금속함유막 재질의 비트라인; 상기 비트라인 상에 형성되며 복수의 활성필라를 구비하는 제2기판; 상기 활성필라 각각의 외벽을 에워싸는 게이트전극; 상기 활성필라 사이의 상기 제2기판 내에 형성되며 그 저면이 상기 비트라인과 접촉하는 불순물영역; 및 상기 제2기판과 비트라인 사이에 형성된 배리어막을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2기판은 폴리실리콘막을 포함하며, 상기 제1기판은 베어실리콘웨이퍼(Bare Si wafer) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 포함하고, 상기 비트라인은 WN, TiN, TaN, W, Ti 또는 Ta 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 반도체소자의 제조 방법은 제1기판과 제2기판 사이에 비트라인으로 사용되는 금속함유막이 매립되고 상기 금속함유막과 상기 제2기판 사이에 배리어막이 삽입된 기판을 준비하는 단계; 상기 제2기판의 일부를 가공하여 활성필라를 포함하는 복수의 필라구조물을 형성하는 단계; 상기 활성필라 각각의 외벽을 에워싸는 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 필라구조물 사이의 제2기판 내에 불순물영역을 형성하는 단계; 상기 불순물영역과 상기 금속함유막을 동시에 식각하여 이웃하는 비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내부에 절연막을 갭필하는 단계; 및 상기 필라구조물 사이에 상기 게이트전극과 접촉하는 워드라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 금속함유막으로 이루어진 비트라인을 형성하므로써 비트라인의 저항값이 현저히 감소하게 되고, 이로써 고속동작을 구현할 수 있다. 아울러, 비트라인의 피치를 증가시키지 않아도 되므로 4F2의 단위셀면적을 유지하면서 고속소자 특성을 만족시킬 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자의 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 워드라인과 게이트전극간 연결관계를 도시한 평면도이다. 편의상 기판, 비트라인, 필라구조물, 게이트전극 및 워드 라인을 제외한 절연막 등의 구조는 생략하기로 한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(101) 상에 매트릭스 형태로 소정 간격 이격되어 복수의 필라구조물(102)이 형성된다. 필라구조물(102)은 기판(101) 상에 형성된 바디필라(33C)와 기판(101) 표면 상에 형성된 게이트절연막(37), 게이트절연막(37) 상에서 바디필라(33C)를 에워싸는 게이트전극(38)을 포함한다. 따라서, 게이트전극(38)은 필라구조물(101)의 하부측인 바디필라(33C)의 외벽을 에워싸는 환형 형태일 수 있다. 도시하지 않았지만, 바디필라(33C) 위에는 헤드필라가 구비될 수 있고, 헤드필라 위에는 버퍼막패턴과 하드마스크막패턴이 적층되어 있을 수 있다. 바디필라(33C)는 활성필라(Active pillar)라고 일컫는다.
기판(101)은 제1기판(31)과 제2기판(33)을 포함한다. 제1기판(31)은 베어실리콘웨이퍼(Bare Si wafer) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 포함하고, 제2기판(33)은 활성영역으로 사용될 물질이다. 바람직하게, 제2기판(33)은 폴리실리콘막을 포함한다.
그리고, 기판(101) 내에는 비트라인(32A)으로 사용되는 금속함유막이 매립되어 있다. 즉, 제1기판(31)과 제2기판(33) 사이에 비트라인(32A)이 위치하여 기판(101) 내부에서 비트라인(32A)이 매립된 형태를 갖는다. 비트라인(32A)은 텅스텐막을 포함한다. 바람직하게, 비트라인(32A)은 WN, TiN, TaN, W, Ti, Ta, 텅스텐실리사이드, 티타늄실리사이드, 또는 탄탈륨실리사이드 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다. 제2기판(33)과 비트라인(32A) 사이에는 배리어막(도시 생략)이 구비될 수 있다. 배리어막은 제2기판(33)과 비트라인(32A) 사이의 실리사이드반응 을 억제하기 위한 확산배리어(Diffusion barrier) 역할을 하는 것으로서, WN, TiN, Ti, WSiN, W2N 또는 TiB2 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다.
그리고, 제2기판(33) 내에는 불순물 주입에 의해 드레인영역(39A)이 형성되어 있다.
그리고, 워드라인(46)은 기판(101) 내에 형성된 비트라인(32A)과는 교차하는 방향으로 필라구조물(102) 사이에 배치된다.
마지막으로, 게이트전극(38)으로 폴리실리콘막 또는 금속함유막을 사용하고, 워드라인(46)은 금속함유막을 포함한다. 여기서, 워드라인(46)은 텅스텐실리사이드막, TiN, W, Al, Cu, Au 및 Ru로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다. 그리고, 게이트전극(38)과 워드라인(46) 사이에 형성된 배리어막을 더 포함할 수 있다. 배리어막은 TiN, TaCN, TaC, WN, WSiN, TaN, Ti 및 WSix로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 따르면, 기판(101) 내부에 금속함유막으로 이루어진 비트라인(32A)을 형성하므로써 비트라인(32A)의 저항값이 현저히 감소하게 되고, 이로써 고속동작을 구현할 수 있다. 아울러, 비트라인의 피치를 증가시키지 않아도 되므로 4F2의 단위셀면적을 유지하면서 고속소자 특성을 만족시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3i은 본 발명의 실시예에 따른 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다. 이하, 도 2b의 X-X'선에 따른 단면과 Y-Y'선에 따른 단면을 동시에 도시하였다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(101)을 준비한다. 기판(101)은 제1기판(31)과 제2기판(33)이 적층된 구조이다. 먼저, 제1기판(31)은 베어실리콘웨이퍼(Bare Si wafer) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판이고, 제2기판(33)은 활성영역으로 사용될 물질이다. 바람직하게, 제2기판(33)은 폴리실리콘막을 포함한다.
그리고, 기판(101) 내에는 비트라인으로 사용될 금속함유막(32)이 매립되어 있다. 즉, 제1기판(31)과 제2기판(33) 사이에 금속함유막(32)이 위치하여 기판(101) 내부에서 금속함유막(32)이 매립된 형태를 갖는다. 금속함유막(32)은 텅스텐막 등의 금속성분이 함유된 막을 포함한다. 바람직하게, 금속함유막(32)은 WN, TiN, TaN, W, Ti, Ta, 텅스텐실리사이드, 티타늄실리사이드, 또는 탄탈륨실리사이드 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다. 제2기판(33)과 금속함유막(32) 사이에는 배리어막(도시 생략)이 삽입될 수 있다. 배리어막은 제2기판(33)과 금속함유막(32) 사이의 실리사이드반응을 억제하기 위한 확산배리어(Diffusion barrier) 역할을 하는 것으로서, WN, TiN, Ti, WSiN, W2N 또는 TiB2 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다.
이어서, 기판(101) 상에 버퍼막패턴(34)과 하드마스크막패턴(35)을 형성한다. 버퍼막패턴(34)은 실리콘산화막(SiO2)으로서, 열산화 방식으로 형성할 수 있고, 50∼150Å 두께로 형성할 수 있다. 하드마스크막패턴(35)은 실리콘질화막(Si3N4) 또는 탄화실리콘막(SiC)으로 형성할 수 있으며, 그 두께는 2000Å으로 할 수 있다. 버퍼막패턴(34)과 하드마스크막패턴(35)은 감광막패턴(도시 생략)을 이용한 식각에 의해 형성할 수 있다.
다음으로, 하드마스크막패턴(35)을 식각장벽으로 하여 제2기판(33)을 일정 깊이(1100Å) 식각하는 1차 식각(이하 '1차 필라식각'이라고 약칭함)을 진행한다. 이와 같은 1차 필라식각에 의해 활성영역으로 기능하는 헤드필라(Head Pillar, 33A)가 형성된다. 바람직하게, 헤드 필라(33A) 형성을 위한 제2기판(33)의 식각은 비등방성(Anisotropic) 건식식각이며, Cl2 또는 HBr 가스를 단독으로 사용하거나, 또는 Cl2와 HBr 가스의 혼합가스를 이용하여 식각한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 전면에 캡핑막(Capping layer, 36)을 형성한다. 이때, 캡핑막(36)은 질화막을 단독으로 사용하거나 또는 산화막과 질화막을 순차적으로 증착할 수 있다. 산화막은 실리콘산화막(SiO2)일 수 있고, 질화막은 실리콘질화막(Si3N4)일 수 있다. 이어서, 직진성의 식각공정, 예컨대 에치백(Etchback)을 진행하여 헤드필라(33A)의 측벽에 캡핑막(36)을 잔류시키고, 헤드필라(33A) 사이의 제2기판(33) 표면을 노출시킨다. 여기서, 직진성의 식각공정에 의해 캡핑막(36)은 하드마스크막패턴(35)과 버퍼막패턴(34)의 측벽에도 잔류한다. 상술한 캡핑막(36)은 헤드필라(33A)의 측벽을 후속 공정으로부터 보호하는 캡핑막(Capping layer) 역할을 하는데, 두께는 50∼100Å으로 할 수 있다.
다음으로, 캡핑막(36) 및 하드마스크막패턴(35)을 식각장벽으로 하여 캡핑막(36) 에치백후 노출되어 있는 제2기판(33)을 일정 깊이(2000Å) 추가로 식각하는 2차 필라식각을 진행한다. 이때, 2차 필라식각은 직진성 식각을 이용하고, 이로써 헤드필라(33A) 아래에 바디필라(Body pillar, 33B)가 형성된다. 바디필라(33B)는 1차 필라식각시의 헤드필라(33A)보다 그 높이가 더 높을 수 있다. 바람직하게, 바디필라(33B) 형성을 위한 2차 필라식각은 비등방성 건식식각이며, Cl2 또는 HBr 가스를 단독으로 사용하거나, 또는 Cl2와 HBr 가스의 혼합가스를 이용하여 식각한다.
위와 같이 2차 필라식각이 완료된 후에 제2기판(33) 상에 일정 높이의 바디필라(33B)가 구축된다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 바디필라(33B)의 측벽을 등방성 식각하는 3차 필라식각을 진행한다. 이때, 등방성식각을 적용하는 3차 필라식각은 습식식각(Wet etch) 또는 화학적건식식각(Chemical Dry Etch; CDE) 방식을 이용한다.
위와 같은 등방성식각 공정을 필라 트리밍(Phillar Trimming) 공정이라고 하며, 등방성식각이 진행되는 부분은 바디필라(33B)의 노출된 측벽에서만 150Å 정도진행되며 캡핑막(36)에 의해 커버링(Covering)되어 있는 헤드필라(33A)는 식각되지 않는다.
따라서, 등방성식각까지 진행된 바디필라(33C)와 바디필라(33C) 상부의 헤드필라(33A)는 T형 필라 구조가 되며, 바디필라(33C)는 후속 게이트전극이 에워싸는 부분이고, 캡핑막(36)에 의해 커버링된 헤드필라(33A)는 후속 스토리지노드가 수직으로 연결될 부분이다.
전술한 바와 같은 일련의 식각공정에 의해 기판(101) 위에 헤드필라(33A) 및 바디필라(33C)를 포함하는 필라구조물(102)이 형성된다. 필라구조물(101)은 캡핑 막(36), 버퍼막패턴(34) 및 하드마스크막패턴(35)을 포함한다. 바디필라(33C)와 헤드필라(33A)는 활성필라가 된다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 제2기판(33)과 바디필라(33C)의 노출된 표면 상에 게이트절연막(37)을 형성한다. 게이트절연막(37)은 실리콘산화막을 포함할 수 있으며, 게이트절연막(37)은 증착공정 또는 산화공정에 의해 50Å 두께로 형성될 수 있다.
이어서, 게이트절연막(37)이 형성된 바디필라(33C)의 측벽을 감싸는 게이트전극(38)을 형성한다. 게이트전극(38)은 전면에 도전층을 증착한 후 필라구조물(102) 사이 제2기판(33) 상부의 게이트절연막(37)이 노출될때까지 에치백(Etchback)하여 얻어진다. 게이트전극(38)으로는 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막 또는 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막이 이용될 수 있다. 또한, 게이트전극(38)은 실리콘저마늄막(SiGe) 또는 텅스텐 등의 금속함유막이 사용될 수도 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 필라구조물(102) 사이의 제2기판(33)에 불순물, 예컨대 인(P) 또는 비소(As)와 같은 N형 불순물을 이온주입하여 제2기판(33) 내에 불순물영역(39)을 형성한다. 이때, 불순물영역(39)은 드레인영역이 형성될 영역으로서, 금속함유막(32)과 접촉하는 깊이를 갖는다.
이어서, 필라구조물(102) 사이를 갭필(Gapfill)하도록 전면에 제1층간절연막(40)을 형성한다. 이때, 제1층간절연막(40)은 갭필 특성이 우수한 BPSG막으로 형성하고, 제1층간절연막(40) 형성후에는 표면 단차 제거를 위해 하드마스크막패턴(35)의 표면이 드러날때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 평탄화 공정이 진행될 수 있다.
도 3f에 도시된 바와 같이, Y-Y'방향으로 배열된 필라구조물(102) 사이의 제1층간절연막(40)의 일부 표면를 노출시키는 라인-스페이스(line-space) 형태의 제1감광막패턴(41)을 형성한다. 이때, 제1감광막(41)에 의해 X-X' 방향으로 배열된 필라구조물(102)의 상부는 덮이게 된다.
이어서, 제1감광막패턴(41)을 이용하여 제1층간절연막(40)을 식각하고, 연속해서 게이트절연막(37)을 식각한 후에 불순물영역(39) 및 금속함유막(32)까지 식각하여 제1트렌치(42)를 형성한다.
이와 같이, 제1트렌치(42)에 의해 불순물영역(39)은 드레인영역(39A)이 되고, 금속함유막(32)은 비트라인(32A)이 된다. 즉, 제1트렌치(42)에 의해 이웃하는 비트라인(32A)이 분리된다. 비트라인(32A)은 제1기판(31)과 제2기판(33) 사이에서 매립된 형태를 가지므로 매립형 비트라인(Buried Bitline)이라고 한다. 아울러, 분리된 비트라인(32A)은 게이트전극(38)에 대해 수직인 형상을 갖고, 비트라인(32A)은 Y-Y' 방향에 대해 수직으로 교차하는 배열을 갖는다.
도 3g에 도시된 바와 같이, 제1감광막패턴(41)을 제거한 후에 제1트렌치(42)를 갭필하도록 전면에 제2층간절연막(43)을 증착한다. 여기서, 제2층간절연막(43)은 갭필특성이 우수한 BPSG막일 수 있으며, 제2층간절연막(43)은 Y-Y' 방향에서 이웃한 비트라인(32A)간 절연막 역할을 한다.
이어서, 필라구조물(102)의 표면이 드러나도록 제2층간절연막(43)을 평탄화시킨다.
도 3h에 도시된 바와 같이, Y-Y'방향이 노출되도록 패터닝된 라인-스페이스(line-space) 형태의 제2감광막패턴(44)을 형성한다. 이때, 제2감광막패턴(44)에 의해 X-X' 방향에서는 필라구조물(102)의 표면만 노출되고 Y-Y' 방향에서는 모든 구조가 노출된다.
이어서, 제2감광막패턴(44)을 이용하여 노출되어 있는 Y-Y' 방향에 대해 건식식각을 진행한다. 이때, Y-Y'방향에서는 필라구조물(102) 사이의 제2층간절연막 및 제1층간절연막(43, 40)이 식각되며, 식각깊이는 게이트전극(38)의 최상부 표면보다 낮게 제어한다.
따라서, X-X' 방향에서는 제1층간절연막(40)이 필라구조물 사이에 존재하고, Y-Y' 방향에서는 제1층간절연막(40A)과 제2층간절연막(43A)이 필라구조물(102)의 게이트전극(38)의 일측 측벽을 노출시키면서 잔류한다.
위와 같은 부분식각에 의해 Y-Y' 방향에서는 게이트전극(38)의 외벽 상부 부분이 노출되는 제2트렌치(45)가 형성되는데, 예컨대, 제2트렌치(45)는 게이트전극(37)의 2/3 정도를 노출시킨다.
도 3i에 도시된 바와 같이, 제2감광막패턴(44)을 제거한 후에 제2트렌치(45)의 일부에 매립되어 게이트전극(38)과 전기적으로 연결되는 워드라인(46)을 형성한다. 이때, 워드라인(46)은 금속함유막 증착 후 리세스식각(예, 에치백)하여 형성하며, 워드라인(46)의 높이는 게이트전극(38)을 노출시키지 않는 높이가 되도록 조절한다. 바람직하게, 워드라인(46)은 텅스텐실리사이드막, TiN, W, Al, Cu, Au 및 Ru로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함한다. 그리고, 게이트전 극(38)과 워드라인(46) 사이에 형성된 배리어막을 더 포함할 수 있다. 배리어막은 TiN, TaCN, TaC, WN, WSiN, TaN, Ti 및 WSix로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 워드라인 및 배리어막의 증착 방법은 ALD, PVD 또는 CVD을 이용할 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 드레인영역(39A) 아래에 금속함유막 재질의 비트라인(32A)을 형성해주므로써, 비트라인(32A)으로 전송되는 전하가 도핑된 실리콘막이 아닌 금속함유막으로 전송이 가능하게 된다.
따라서, 금속함유막 재질의 비트라인(32A)에 의해 비트라인(32A)의 저항값이 현저히 감소하게 되고, 이로써 고속동작을 구현할 수 있다. 아울러, 비트라인(32A)의 피치를 증가시키지 않아도 되므로 4F2의 단위셀면적을 유지하면서 고속소자 특성을 만족시킬 수 있다.
본 발명은 DRAM 외에도 플래시(Flash), SONOS, TANOS 와 같은 비휘발성메모리(non-volatile memory)에서 수직 채널 트랜지스터를 형성하는 경우에도 적용이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1a은 종래기술에 따른 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자의 구조를 도시한 단면도.
도 1b는 종래기술에 따른 반도체소자를 도시한 평면도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자의 사시도.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자를 도시한 평면도.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31 : 제1기판 32A : 비트라인
33 : 제2기판 34 : 버퍼막패턴
35 : 하드마스크막패턴 36 : 캡핑막
37 : 게이트절연막 38 : 게이트전극
39A : 드레인영역 40 : 제1층간절연막
43 : 제2층간절연막 46 : 워드라인
101 : 기판
102 : 필라구조물

Claims (18)

  1. 제1기판;
    상기 제1기판 상에 형성된 금속함유막 재질의 비트라인;
    상기 비트라인 상에 형성되며 복수의 활성필라를 구비하는 제2기판;
    상기 활성필라 각각의 외벽을 에워싸는 게이트전극;
    상기 활성필라 사이의 상기 제2기판 내에 형성되며 그 저면이 상기 비트라인과 접촉하는 불순물영역; 및
    상기 제2기판과 비트라인 사이에 형성된 배리어막
    을 포함하는 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불순물영역과 상기 비트라인을 동시에 관통하는 트렌치; 및
    상기 트렌치 내부 및 상기 활성필라 사이를 갭필하는 절연막을 더 포함하는 반도체소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2기판은 폴리실리콘막을 포함하는 반도체소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판은 베어실리콘웨이퍼(Bare Si wafer) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 포함하는 반도체소자.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배리어막은,
    WN, TiN, Ti, WSiN, W2N 또는 TiB2 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체소자.
  8. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비트라인은,
    WN, TiN, TaN, W, Ti 또는 Ta 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체소자.
  9. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게이트전극은 폴리실리콘막 또는 금속함유막을 포함하는 반도체소자.
  10. 제1기판과 제2기판 사이에 비트라인으로 사용되는 금속함유막이 매립되고 상기 금속함유막과 상기 제2기판 사이에 배리어막이 삽입된 기판을 준비하는 단계;
    상기 제2기판의 일부를 가공하여 활성필라를 포함하는 복수의 필라구조물을 형성하는 단계;
    상기 활성필라 각각의 외벽을 에워싸는 게이트전극을 형성하는 단계;
    상기 필라구조물 사이의 제2기판 내에 불순물영역을 형성하는 단계;
    상기 불순물영역과 상기 금속함유막을 동시에 식각하여 이웃하는 비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치 내부에 절연막을 갭필하는 단계; 및
    상기 필라구조물 사이에 상기 게이트전극과 접촉하는 워드라인을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 불순물영역은 상기 금속함유막과 접촉하는 깊이를 갖는 반도체소자의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2기판은 폴리실리콘막을 포함하는 반도체소자의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 배리어막은,
    WN, TiN, Ti, WSiN, W2N 또는 TiB2 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체소자의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1기판은 베어실리콘웨이퍼(Bare Si wafer) 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 포함하는 반도체소자의 제조 방법.
  17. 제10항, 제11항, 제13항, 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비트라인은,
    WN, TiN, TaN, W, Ti 또는 Ta 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체소자의 제조 방법.
  18. 제10항, 제11항, 제13항, 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게이트전극은 폴리실리콘막 또는 금속함유막을 포함하는 반도체소자의 제조 방법.
KR1020080024951A 2008-03-18 2008-03-18 매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법 KR100950552B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080024951A KR100950552B1 (ko) 2008-03-18 2008-03-18 매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080024951A KR100950552B1 (ko) 2008-03-18 2008-03-18 매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090099774A KR20090099774A (ko) 2009-09-23
KR100950552B1 true KR100950552B1 (ko) 2010-03-30

Family

ID=41358229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080024951A KR100950552B1 (ko) 2008-03-18 2008-03-18 매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100950552B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101149043B1 (ko) 2009-10-30 2012-05-24 에스케이하이닉스 주식회사 매립형 비트라인을 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법
KR101355858B1 (ko) 2010-07-16 2014-01-27 에스케이하이닉스 주식회사 수직형 트랜지스터의 매몰 비트라인 형성방법
KR101734936B1 (ko) 2010-08-27 2017-05-15 삼성전자주식회사 소자분리 막 아래에 저 저항 영역을 갖는 반도체 소자
KR101133701B1 (ko) * 2010-09-10 2012-04-06 주식회사 하이닉스반도체 매립비트라인을 구비한 반도체장치 제조 방법
KR101172272B1 (ko) 2010-12-30 2012-08-09 에스케이하이닉스 주식회사 매립비트라인을 구비한 반도체장치 제조 방법
KR101168338B1 (ko) 2011-02-28 2012-07-31 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100660881B1 (ko) * 2005-10-12 2006-12-26 삼성전자주식회사 수직 채널 트랜지스터를 구비한 반도체 소자 및 그 제조방법
KR20070009140A (ko) * 2005-07-15 2007-01-18 삼성전자주식회사 콘택 저항이 개선된 수직 채널 반도체 소자 및 그 제조방법
KR100881392B1 (ko) 2006-10-31 2009-02-05 주식회사 하이닉스반도체 수직형 트랜지스터를 구비한 반도체 소자 및 그의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070009140A (ko) * 2005-07-15 2007-01-18 삼성전자주식회사 콘택 저항이 개선된 수직 채널 반도체 소자 및 그 제조방법
KR100660881B1 (ko) * 2005-10-12 2006-12-26 삼성전자주식회사 수직 채널 트랜지스터를 구비한 반도체 소자 및 그 제조방법
KR100881392B1 (ko) 2006-10-31 2009-02-05 주식회사 하이닉스반도체 수직형 트랜지스터를 구비한 반도체 소자 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090099774A (ko) 2009-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100908819B1 (ko) 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자 및 그 제조 방법
KR100936808B1 (ko) 저 시트저항 워드라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법
US11538812B2 (en) Semiconductor device with air gap and method for fabricating the same
US10748923B2 (en) Vertical memory devices and methods of manufacturing the same
US20200266198A1 (en) Semiconductor device including ultra low-k spacer and method for fabricating the same
KR100985412B1 (ko) 저 시트저항 워드라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체장치 및 그 제조 방법
US8344450B2 (en) Semiconductor device with buried bit lines and method for fabricating the same
KR101149043B1 (ko) 매립형 비트라인을 구비하는 반도체 장치 및 그 제조방법
KR102376804B1 (ko) 저유전율스페이서를 구비한 반도체장치 및 그 제조 방법
TW201327690A (zh) 半導體元件及其製造方法
CN110797345A (zh) 垂直存储器件
KR100950552B1 (ko) 매립형 비트라인과 수직채널트랜지스터를 구비한반도체소자 및 그 제조 방법
JP2023024953A (ja) 低誘電率スペーサを備えた半導体装置及びその製造方法
US20060003536A1 (en) Method for fabricating a trench capacitor with an insulation collar which is electrically connected to a substrate on one side via a buried contact, in particular for a semiconductor memory cell
US11895828B2 (en) Semiconductor memory device
TWI818247B (zh) 積體電路裝置
KR101060767B1 (ko) 반도체장치의 접합 형성 방법
KR20090067594A (ko) 수직채널트랜지스터를 구비한 반도체소자 및 그 제조 방법
TW202322391A (zh) 半導體裝置
TW202423258A (zh) 半導體裝置
KR101183627B1 (ko) 매립비트라인을 구비한 반도체 장치 및 그 제조방법
KR20100111378A (ko) 콘택 플러그, 이를 포함하는 반도체 장치 및 이의 제조 방법
KR20100053861A (ko) 수직게이트를 구비한 반도체 장치 제조 방법
KR20090106158A (ko) 수직게이트 형성 방법 및 그를 이용한 반도체장치 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee