KR100939110B1 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리세스 게이트 및 비트라인을 갖는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 반도체 소자는 소자 분리막에 의해 한정된 복수의 활성 영역과 게이트 예정 영역에 형성된 리세스를 포함하는 반도체 기판; 표면이 상기 반도체 기판과 평탄화되도록 상기 리세스 내부에 매립된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮는 캡핑막; 및 상기 활성 영역 사이의 상기 반도체 기판 상부에 활성 영역 방향으로 연장되면서 상기 활성 영역의 비트라인 접합 영역과 접속되는 돌출부를 갖는 비트라인을 포함하고, 상술한 본 발명에 의한 반도체 소자 및 그 제조방법은 리세스 게이트 공정시 게이트 전극을 반도체 기판에 매립된 형태로 형성함으로써 오정렬 문제를 원천적으로 해결하고, 아울러 이러한 형태의 리세스 게이트를 이용함으로써 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정을 생략하고 바로 비트라인 형성 공정을 수행할 수 있어 공정이 단순해지고 콘택 저항 등의 문제점이 개선되어 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a recess gate and a bit line, and a method of manufacturing the semiconductor device, wherein the semiconductor device includes a plurality of active regions defined by an isolation layer and recesses formed in a gate predetermined region. ; A gate electrode embedded in the recess such that a surface is planarized with the semiconductor substrate; A capping layer covering the gate electrode; And a bit line having a protrusion connected to the bit line junction region of the active region while extending in the direction of the active region between the active regions and between the active regions. By forming the gate electrode embedded in the semiconductor substrate during the recess gate process, the misalignment problem is fundamentally solved, and by using the recess gate of this type, the landing plug contact process and the bit line contact process are omitted and the bit line is immediately Since the forming process may be performed, the process may be simplified, and problems such as contact resistance may be improved, thereby improving electrical characteristics of the device.
리세스 게이트, 비트라인, 랜딩 플러그 콘택, 비트라인 콘택 Recess Gate, Bitline, Landing Plug Contact, Bitline Contact
Description
도1은 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.
도2a 내지 도2c는 종래 기술에 따른 비트라인 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2C are cross-sectional views for explaining a bit line forming method according to the prior art.
도3a 내지 도3f는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 영역에 형성된 비트라인을 나타내는 평면도.4 is a plan view illustrating a bit line formed in a cell region according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
30 : 반도체 기판 31 : 소자 분리막30
32 : 리세스 33 : 게이트 전극32: recess 33: gate electrode
34 : 캡핑용 절연막 35 : 포토레지스트 패턴34 capping
34′: 캡핑막 36 : 비트라인34 ': capping film 36: bit line
37 : 비트라인 스페이서37: Bitline spacer
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 리세스 게이트 및 비트라인(bitline)을 갖는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to a semiconductor device having a recess gate and a bitline, and a method of manufacturing the same.
반도체 소자가 고집적화되면서 DRAM 등과 같은 반도체 메모리 소자를 구성하는 트랜지스터의 채널 길이가 급격히 감소함에 따라 문턱 전압(thrshold voltage)이 감소하는 단채널 효과(short channel effect)가 유발되고 있다. 특히, 디자인 룰(design rule)의 축소로 인하여 이러한 단채널 효과 및 이온 주입량의 증가 등으로 인하여 누설 전류(leakage)가 증가하여 리프레시(refresh) 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안 중 하나로 최근 트랜지스터의 채널 길이를 증가시키는 리세스 게이트(recess gate) 공정이 제안되었다.As the semiconductor devices are highly integrated, the short channel effect of reducing the threshold voltage is caused as the channel length of the transistors constituting the semiconductor memory device such as DRAM is rapidly reduced. In particular, due to the reduction of the design rule (leakage) is increased due to the short-channel effect and the increase of the ion implantation, there is a problem that the refresh (refresh) characteristics are reduced. Therefore, as a way to solve these problems, a recess gate process that increases the channel length of a transistor has recently been proposed.
도1은 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.
도1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)에 소자 분리막(11)을 형성하여 활성 영역을 한정하고, 활성 영역의 게이트 예정 영역을 소정 깊이 식각하여 리세스(12)를 형성한다.As shown in FIG. 1, an isolation layer 11 is formed on a semiconductor substrate 10 to define an active region, and a recess 12 is formed by etching a gate predetermined region of the active region to a predetermined depth.
이어서, 리세스(12)를 포함하는 반도체 기판(10)의 표면에 게이트 절연막(미도시됨)을 형성한다.Subsequently, a gate insulating film (not shown) is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 including the recess 12.
이어서, 전체 구조 상부에 리세스(12)를 매립하는 제1 게이트 전극용 도전막(13a)을 형성하고 제1 게이트 전극용 도전막(13a) 상에 제2 게이트 전극용 도전막(13b) 및 게이트 하드마스크(13c)를 순차적으로 형성한 후, 이를 패터닝하여 게이트 패턴(13)을 형성한다.Subsequently, the first gate electrode conductive film 13a filling the recess 12 is formed on the entire structure, and the second gate electrode conductive film 13b is formed on the first gate electrode conductive film 13a. After the gate hard mask 13c is sequentially formed, the gate pattern 13 is patterned to form the gate pattern 13.
이어서, 기판 결과물에 소스/드레인 이온 주입을 수행하여 게이트 패턴(13) 양측의 반도체 기판(10) 내에 접합(junction) 영역(미도시됨)을 형성한다.Subsequently, source / drain ion implantation is performed on the substrate resultant to form a junction region (not shown) in the semiconductor substrate 10 on both sides of the gate pattern 13.
이러한 리세스 게이트 공정에서는, 리세스(12)에 자신의 하부가 일부 매립되면서 나머지는 반도체 기판(10)의 표면 위로 돌출되는 게이트 패턴(13)을 형성함으로써 유효 채널 길이를 증가시킬 수 있다. 그러나, 리세스(12)와 게이트 패턴(13)간의 오정렬(misalign) 발생 가능성이 크며, 이 경우 누설 전류, 동작 속도 등 소자의 전기적 특성을 저하시키는 문제점을 초래한다. 또한, 게이트 패턴(13)의 돌출로 인하여 후속 상부 레이어(layer)의 평탄화를 어렵게 하는 문제점도 있다.In such a recess gate process, an effective channel length may be increased by forming a gate pattern 13 that partially recesses its lower portion in the recess 12 and protrudes over the surface of the semiconductor substrate 10. However, there is a high possibility of misalignment between the recess 12 and the gate pattern 13, and this causes a problem of lowering the electrical characteristics of the device, such as leakage current and operating speed. In addition, the protrusion of the gate pattern 13 also makes it difficult to planarize a subsequent upper layer.
한편, 이러한 게이트 공정 후 후속 공정으로 비트라인의 형성이 요구되며, 일반적으로 DRAM과 같은 반도체 메모리 소자에서는 비트라인의 형성 전 랜딩 플러그 콘택(landing plug contact : LPC) 공정 및 비트라인 콘택(bitline contact : BLC) 공정이 순차적으로 선행되어야 한다. 이하, 도2a 내지 도2c를 참조하여 이들 공정을 좀더 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, after the gate process, a bit line is formed as a subsequent process, and in general, in a semiconductor memory device such as a DRAM, a landing plug contact (LPC) process and a bitline contact (bitline contact) before the bit line is formed. BLC) process must be followed sequentially. Hereinafter, these processes will be described in more detail with reference to FIGS. 2A to 2C.
도2a 내지 도2c는 종래 기술에 따른 비트라인 형성 방법을 설명하기 위한 단 면도이다. 2A to 2C are diagrams illustrating a bit line forming method according to the related art.
도2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(20)은 소자 분리막(21)에 의하여 한정된 활성 영역을 갖는다. 이때, 잘 알려진 바와 같이 반도체 기판(20)은 셀(cell) 영역과 주변회로(periphery) 영역으로 크게 구분된다.As shown in FIG. 2A, the
이어서, 반도체 기판(20) 상부에 공지의 방법으로 게이트 패턴(22) 및 그 측벽의 게이트 스페이서(23)를 형성한다. 이때, 게이트 패턴(22)은 게이트 전극(22a) 및 게이트 캡핑막(22b)으로 이루어진다. 또한, 본 도면에 도시되지 않았으나, 게이트 패턴(22)은 전술한 리세스 게이트일 수도 있다.Subsequently, the
이어서, 소스/드레인 이온주입을 수행하여 게이트 패턴(22) 사이의 반도체 기판(20) 활성 영역 내에 접합 영역(미도시됨)을 형성한다. 이때, 접합 영역은 후속 비트라인이 접속될 "비트라인 접합 영역"과 후속 스토리지 노드가 접속될 "스토리지 노드 접합 영역"으로 구분된다. Subsequently, source / drain ion implantation is performed to form a junction region (not shown) in the active region of the
도2b에 도시된 바와 같이, 결과물의 전체 구조 상부에 제1 층간 절연막(24)을 형성한 후, 셀 영역의 게이트 패턴(22) 사이의 반도체 기판(20)을 노출시키도록 제1 층간 절연막(24)을 SAC(Self Aligned Contact) 식각하여 개구부를 형성한다. As shown in FIG. 2B, after the first interlayer
이어서, 개구부를 매립하는 도전 물질을 형성한 후, 게이트 캡핑막(22b)이 드러날 때까지 평탄화 공정을 수행하여 셀 영역의 접합 영역과 접속되는 도전 플러그(25)을 형성한다.Subsequently, after the conductive material filling the openings is formed, the planarization process is performed until the
이어서, 제1 층간 절연막(24) 상부에 제2 층간 절연막(26)을 형성한다.Subsequently, a second
도2c에 도시된 바와 같이, 제2 층간 절연막(26)을 선택적으로 식각하여 비트 라인 콘택을 위한 콘택홀(27)을 형성한다. 좀더 상세하게는, 비트라인 콘택을 위한 콘택홀(27)로서 셀 영역의 비트라인 접합 영역과 접속된 도전 플러그(25)를 노출시키는 제1 콘택홀(27a), 주변회로 영역의 활성 영역을 노출시키는 제2 콘택홀(27b) 및 주변회로 영역의 게이트 전극(22a)을 노출시키는 제3 콘택홀(27c)을 각각 형성한다.As shown in FIG. 2C, the second
이어서, 콘택홀(27)을 포함하는 전면에 비트라인 베리어 메탈(barrier metal)(28), 비트라인 도전막(29) 및 비트라인 하드마스크(미도시됨)를 순차적으로 형성한 후, 이를 패터닝하여 비트라인을 형성한다.Subsequently, the bit line barrier metal 28, the bit line conductive layer 29, and the bit line hard mask (not shown) are sequentially formed on the entire surface including the contact hole 27, and then patterned. To form a bit line.
그러나, 이러한 비트라인 형성 공정은 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정을 전제로 하여 수행되기 때문에 공정 과정이 복잡한 문제점이 있고, 특히 콘택 낫오픈(not open) 문제 및 콘택 저항의 문제가 발생하여 소자의 전기적 특성을 열화시킨다. 콘택 저항 문제를 해결하기 위하여 추가로 이온 주입 공정 등을 실시하는 것은 공정 과정을 더욱 복잡하게 하고 공정 TAT(Turn Around Time)를 증가시키는 원인이 된다.However, since the bit line forming process is performed under the assumption of the landing plug contact process and the bit line contact process, there is a complicated process, and in particular, a contact not-open problem and a contact resistance problem occur. Deteriorates the electrical properties of In order to solve the problem of contact resistance, additionally performing an ion implantation process, etc. further complicates the process and increases the process around time (TAT).
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리세스 게이트 공정시 게이트 전극을 반도체 기판에 매립된 형태로 형성함으로써 오정렬 문제를 원천적으로 해결하고, 아울러 이러한 형태의 리세스 게이트를 이용함으로써 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정을 생략하고 바로 비트라인 형성 공정을 수행할 수 있어 공정이 단순해지고 콘택 저항 등의 문제점이 개선되어 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems of the prior art, and by solving the problem of misalignment at the source by forming the gate electrode embedded in the semiconductor substrate during the recess gate process, and also to solve the recess gate of this type The semiconductor device and its manufacture can improve the electrical characteristics of the device by simplifying the process and improvement of the problems such as contact resistance by eliminating the landing plug contact process and the bit line contact process can be performed immediately. The purpose is to provide a method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자는, 소자 분리막에 의해 한정된 복수의 활성 영역과 게이트 예정 영역에 형성된 리세스를 포함하는 반도체 기판; 표면이 상기 반도체 기판과 평탄화되도록 상기 리세스 내부에 매립된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 덮는 캡핑막; 및 상기 활성 영역 사이의 상기 반도체 기판 상부에 활성 영역 방향으로 연장되면서 상기 활성 영역의 비트라인 접합 영역과 접속되는 돌출부를 갖는 비트라인을 포함한다.A semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a semiconductor substrate comprising a plurality of active regions defined by the device isolation film and the recess formed in the gate predetermined region; A gate electrode embedded in the recess such that a surface is planarized with the semiconductor substrate; A capping layer covering the gate electrode; And a bit line extending over the semiconductor substrate between the active regions in a direction of an active region and having a protrusion connected to a bit line junction region of the active region.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 반도체 소자는, 셀 영역 및 주변회로 영역을 갖는 반도체 소자에 있어서, 소자 분리막에 의해 한정된 복수의 활성 영역을 포함하고 게이트 예정 영역에 형성된 리세스를 갖는 반도체 기판; 표면이 상기 반도체 기판과 평탄화되도록 상기 리세스 내부에 매립된 게이트 전극; 상기 주변회로 영역의 비트라인 접속용 게이트 전극을 제외하고, 상기 셀 영역의 게이트 전극 및 상기 주변회로 영역의 게이트 전극을 덮는 캡핑막; 및 상기 셀 영역의 활성 영역(이하, 셀 활성 영역) 사이의 상기 반도체 기판 상부에서 셀 활성 영역 방향으로 연장되면서, 상기 주변회로 영역의 상기 비트라인 접속용 게이트 전극 상부를 지나는 비트라인을 포함하고, 여기서, 상기 셀 영역의 비트라인은 상기 셀 활성 영역의 비트라인 접합 영역과 접속되는 돌출부를 갖는다.In addition, another semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a semiconductor device having a cell region and a peripheral circuit region, including a plurality of active regions defined by the device isolation film and the recess formed in the gate predetermined region A semiconductor substrate having; A gate electrode embedded in the recess such that a surface is planarized with the semiconductor substrate; A capping layer covering the gate electrode of the cell region and the gate electrode of the peripheral circuit region, except for the bit line connection gate electrode of the peripheral circuit region; And a bit line extending from an upper portion of the semiconductor substrate between an active region (hereinafter, referred to as a cell active region) of the cell region toward a cell active region and passing over the bit line connection gate electrode of the peripheral circuit region. Here, the bit line of the cell region has a protrusion connected to the bit line junction region of the cell active region.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은, 복수의 활성 영역을 갖는 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 리세스를 형성하는 단계; 상기 리세스 내부에 도전막을 매립하여 표면이 상기 반도체 기판과 평탄화된 게이트 전극을 형성하는 단계; 소스/드레인 이온주입을 수행하여 상기 게이트 전극 사이의 상기 반도체 기판 활성 영역 내에 접합 영역을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상부를 덮는 캡핑막을 형성하는 단계; 및 상기 활성 영역 사이의 상기 반도체 기판 상부에 활성 영역 방향으로 연장되면서 상기 활성 영역의 비트라인 접합 영역과 접속되는 돌출부를 갖는 비트라인을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a recess by etching a semiconductor substrate having a plurality of active regions a predetermined depth; Embedding a conductive film in the recess to form a gate electrode having a surface flattened with the semiconductor substrate; Performing source / drain ion implantation to form a junction region in the semiconductor substrate active region between the gate electrodes; Forming a capping layer covering an upper portion of the gate electrode; And forming a bit line on the semiconductor substrate between the active regions, the bit line having a protrusion connected to a bit line junction region of the active region while extending in an active region direction.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 반도체 소자의 제조 방법은, 셀 영역 및 주변회로 영역을 갖는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 복수의 활성 영역을 갖는 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 리세스를 형성하는 단계; 상기 리세스 내부에 도전막을 매립하여 표면이 상기 반도체 기판과 평탄화된 게이트 전극을 형성하는 단계; 소스/드레인 이온주입을 수행하여 상기 게이트 전극 사이의 상기 반도체 기판 활성 영역 내에 접합 영역을 형성하는 단계; 상기 주변회로 영역의 비트라인 접속용 게이트 전극을 제외하고, 상기 셀 영역의 게이트 전극 및 상기 주변회로 영역의 게이트 전극을 덮는 캡핑막을 형성하는 단계; 및 상기 셀 영역의 활성 영역(이하, 셀 활성 영역) 사이의 상기 반도체 기판 상부에서 셀 활성 영역 방향으로 연장되면서, 상기 주변회로 영역의 비트라인 접속용 게이트 전극 상부를 지나는 비트라인을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 셀 영역의 비트 라인은 상기 셀 활성 영역의 비트라인 접합 영역과 접속되는 돌출부를 갖는다.In addition, another method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object, in the method of manufacturing a semiconductor device having a cell region and a peripheral circuit region, by etching a semiconductor substrate having a plurality of active regions to a predetermined depth. Forming a set; Embedding a conductive film in the recess to form a gate electrode having a surface flattened with the semiconductor substrate; Performing source / drain ion implantation to form a junction region in the semiconductor substrate active region between the gate electrodes; Forming a capping layer covering the gate electrode of the cell region and the gate electrode of the peripheral circuit region, except for the bit line connection gate electrode of the peripheral circuit region; And forming a bit line extending from an upper portion of the semiconductor substrate between the active regions (hereinafter, referred to as a cell active region) of the cell region toward a cell active region and passing over the bit line connection gate electrode of the peripheral circuit region. Wherein the bit line of the cell region has a protrusion connected to the bit line junction region of the cell active region.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도3a 내지 도3f는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 일반적으로 반도체 기판은 셀 영역과 주변회로 영역으로 크게 구분되는데, 본 명세서에서는 셀 영역을 기준으로 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기로 하며 주변회로 영역에 대하여는 셀 영역과 차이점이 있는 부분만을 별도로 도시하여 설명하기로 한다. 따라서, 도3a 내지 도3f는 기본적으로 셀 영역에서의 반도체 소자의 제조 방법을 도시하고 있으며, 별도로 설명 또는 도면을 추가하지 않는 한 주변회로 영역에서도 동일한 공정이 수행된다고 생각하여도 무방하다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. In general, a semiconductor substrate is largely divided into a cell region and a peripheral circuit region. In the present specification, a method of manufacturing a semiconductor device will be described based on the cell region, and only a portion of the peripheral circuit region that is different from the cell region is separately illustrated. Let's explain. 3A to 3F basically illustrate a method of manufacturing a semiconductor device in the cell region, and the same process may be performed in the peripheral circuit region unless otherwise described or added.
도3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(30)에 소자 분리막(31)을 형성하여 활성 영역을 한정한다.As shown in FIG. 3A, an
이어서, 반도체 기판(30)의 게이트 예정 영역을 소정 깊이 식각하여 리세스(32)를 형성한 후, 리세스(32)를 포함하는 반도체 기판(30)의 표면에 게이트 절연막(미도시됨)을 형성한다. Subsequently, the gate predetermined region of the
도3b에 도시된 바와 같이, 리세스(32)가 형성된 결과물의 프로파일을 따라 리세스(32)를 매립하지 않는 정도의 두께로 게이트 전극용 폴리실리콘막을 형성한 후, 에치백(etchback) 공정을 수행하여 상호 분리된 폴리실리콘 게이트 전극(33a)을 형성한다. As shown in FIG. 3B, the polysilicon film for the gate electrode is formed to a thickness such that the
도3c에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘 게이트 전극(33a)을 포함하는 결과물의 전체 구조 상부에 리세스(32)를 매립하는 정도의 두께로 게이트 전극용 텅스텐막을 형성한 후, 에치백 공정을 수행하여 상호 분리된 텅스텐 게이트 전극(33b)을 형성한다.As shown in FIG. 3C, a tungsten film for the gate electrode is formed to a thickness such that the
즉, 도3b 및 도3c의 공정 수행 결과, 리세스(32) 내부에는 폴리실리콘 게이트 전극(33a) 및 텅스텐 게이트 전극(33b)으로 이루어진 게이트 전극(33)이 매립되고 이 게이트 전극(33)의 표면은 반도체 기판(30)의 표면과 평탄화되어 있다. 이때, 폴리실리콘 게이트 전극(33a)은 리세스(32)의 프로파일을 따라 형성되고, 텅스텐 게이트 전극(33b)은 폴리실리콘 게이트 전극(33a)의 안쪽에서 리세스(32)를 매립하도록 형성된다. That is, as a result of performing the process of FIGS. 3B and 3C, the
이와 같이, 리세스 내부에 매립된 형태의 게이트 전극을 형성함으로써 리세스와 게이트 간의 오정렬 문제를 원천적으로 해결할 수 있고, 후속 공정으로 형성되는 상부 레이어의 평탄화에 유리하며 워드라인 간 브릿지(bridge)를 방지할 수 있는 등 여러가지 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이는 후속 공정으로 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정의 생략(skip)을 가능하게 하며, 이에 대하여는 이하의 해당 도면에서 좀더 상세히 설명하기로 한다.As such, by forming a gate electrode embedded in the recess, the misalignment problem between the recess and the gate can be solved at the source, and it is advantageous for the planarization of the upper layer formed by a subsequent process and prevents the bridge between word lines. You can achieve various effects. In addition, this allows skipping of the landing plug contact process and the bitline contact process as a subsequent process, which will be described in more detail in the corresponding drawings below.
이어서, 소스/드레인 이온주입을 수행하여 게이트 전극(33) 사이의 반도체 기판(30) 활성 영역 내에 접합 영역(미도시됨)을 형성한다. 이때, 접합 영역은 후 속 비트라인이 접속될 "비트라인 접합 영역"과 후속 스토리지 노드가 접속될 "스토리지 노드 접합 영역"으로 구분된다. Subsequently, source / drain ion implantation is performed to form a junction region (not shown) in the active region of the
도3d에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(33)이 형성된 결과물의 전체 구조 상부에 게이트 전극(33)의 캡핑(capping)을 위한 캡핑용 절연막(34)을 형성한다. 이때, 캡핑용 절연막(34)으로는 산화막 또는 질화막 계열의 물질을 사용하여, 200~400Å 정도의 두께로 얇게 형성한다. As shown in FIG. 3D, a
이어서, 캡핑용 절연막(34) 상부에 게이트 전극(33)을 덮는 포토레지스트 패턴(35)을 형성한다. 여기서, 전술한 바와 같이 종래 기술의 비트라인 콘택은 셀 영역의 비트라인 접합 영역, 주변회로 영역의 활성 영역 및 주변회로 영역의 게이트 전극과 접속된다. 본 발명은 비트라인 콘택을 생략하고 비트라인이 직접 상기의 영역, 즉, 셀 영역의 비트라인 접합 영역, 주변회로 영역의 활성 영역 및 주변회로 영역의 게이트 전극에 접속되게 하는 것을 목적으로 하고 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴(35)이 셀 영역의 게이트 전극(33)은 모두 덮도록 형성하고, 반면, 주변회로 영역의 게이트 전극(33) 중 종래의 비트라인 콘택과 접속되는 게이트 전극(33)은 제외하고 그외의 게이트 전극(33)을 덮도록 형성한다. 이하, 주변회로 영역의 게이트 전극(33) 중 종래의 비트라인 콘택과 접속되는 게이트 전극(33)을 "비트라인 접속용 게이트 전극"이라 한다.Next, a
도3e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(35)을 식각 마스크로 캡핑용 절연막(34)을 식각하여, 반도체 기판(30) 상부에 게이트 전극(33)을 덮는 캡핑막(34′)을 형성한다. 이때, 캡핑용 절연막(34)의 식각은 반도체 기판(30)이 완전 히 노출될 때까지 수행되어야 하므로, 그에 따라 반도체 기판(30)이 소정 정도 손실된다. 전술한 바와 같이, 캡핑막(34′)은 셀 영역의 게이트 전극(33)은 모두 덮고, 주변회로 영역은 비트라인 접속용 게이트 전극을 제외한 게이트 전극(33)을 덮도록 형성된다. 이와 같이 비트라인 접속용 게이트 전극을 오픈시킴으로써 후속 비트라인 형성 공정시 비트라인이 직접 접속되는 것을 가능하게 한다.As shown in FIG. 3E, the capping insulating
이어서, 포토레지스트 패턴(35)을 제거한다.Next, the
도3f에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(30) 상에 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정을 수행하지 않고, 바로 공지의 방법으로 비트라인(36) 형성 공정을 수행한다. 좀더 상세하게는, 결과물의 전면에 비트라인 베리어 메탈(36a), 비트라인 도전막(36b) 및 비트라인 하드마스크(36c)를 순차적으로 형성한 후, 이를 패터닝하여 비트라인(36)을 형성한다. 이어서, 비트라인(36) 측벽에 비트라인 스페이서(37)를 형성한다.As shown in FIG. 3F, the
이때, 셀 영역의 비트라인(36)은 셀 영역의 비트라인 접합 영역과 접속되어야 한다. 일반적으로 셀 영역의 비트라인은 활성 영역 사이의 반도체 기판 상에서 워드라인을 가로지르는 방향 즉, 활성영역 방향으로 형성되기 때문에, 셀 영역의 비트라인 접합 영역(예를 들면, 게이트 전극 사이의 활성 영역 중심 부분)과 접속되기 위해서는 비트라인의 일부가 활성 영역 중 비트라인 접합 영역 쪽으로 돌출되어야 한다. 도4는 이를 설명하기 위하여, 셀 영역에 형성된 비트라인을 나타내는 평면도이다. 도4에 도시된 바와 같이, 비트라인은 셀 활성 영역의 중심부, 즉, 비트라인 접합 영역과 접속되기 위한 돌출부를 갖는다. 도3f의 셀 영역의 도면은 도4 의 Ⅰ-Ⅰ´ 단면도를 나타낸 것이다. At this time, the
반면, 주변회로 영역의 비트라인(36)은 주변회로 영역의 활성 영역 및 게이트 전극과 접속되기 때문에 별도의 돌출부 없이 형성되며, 특히, 주변회로 영역의 비트라인 접속용 게이트 전극 상에 형성되어 비트라인 콘택 없이도 주변회로 영역의 비트라인 접속용 게이트 전극과 직접 접속된다.On the other hand, since the
즉, 전술한 리세스 게이트 공정을 통하여 반도체 기판에 매립된 형태의 게이트 전극을 형성함으로써 랜딩 플러그 콘택 공정을 생략할 수 있고, 게이트 전극 상부에 캡핑막을 형성함으로써 워드라인과 비트라인 간 브릿지를 방지할 수 있다. 또한, 셀 영역의 비트라인은 비트라인 접합 영역과 접속되는 돌출부를 갖게 함으로써 비트라인 콘택 공정을 생략할 수 있고, 주변회로 영역의 비트라인은 비트라인 접속용 게이트 전극 상부에 직접 형성됨으로써 마찬가지로 비트라인 콘택 공정을 생략할 수 있다. 아울러 이러한 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정의 생략으로 콘택 저항의 문제가 없어지고, 그에 따라 이온 주입 등 추가 공정을 수행할 필요가 없어지므로 공정 TAT가 단축된다.That is, the landing plug contact process may be omitted by forming a gate electrode embedded in the semiconductor substrate through the recess gate process described above, and a bridge between the word line and the bit line may be prevented by forming a capping layer on the gate electrode. Can be. In addition, the bit line of the cell region may have a protrusion connected to the bit line junction region, thereby eliminating the bit line contact process, and the bit line of the peripheral circuit region is formed directly on the bit line connection gate electrode, thereby similarly to the bit line. The contact process can be omitted. In addition, the elimination of the landing plug contact process and the bit line contact process eliminates the problem of contact resistance, thereby eliminating the need to perform additional processes such as ion implantation, thereby shortening the process TAT.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically recorded in accordance with the above-described preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명에 의한 반도체 소자 및 그 제조방법은, 리세스 게이트 공정시 게이트 전극을 반도체 기판에 매립된 형태로 형성함으로써 오정렬 문제를 원천적으로 해결하고, 아울러 이러한 형태의 리세스 게이트를 이용함으로써 랜딩 플러그 콘택 공정 및 비트라인 콘택 공정을 생략하고 바로 비트라인 형성 공정을 수행할 수 있어 공정이 단순해지고 콘택 저항 등의 문제점이 개선되어 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention described above solve the problem of misalignment by forming the gate electrode embedded in the semiconductor substrate during the recess gate process, and by using the recess gate of this type, the landing Since the bit line forming process may be performed immediately by omitting the plug contact process and the bit line contact process, the process may be simplified and problems such as contact resistance may be improved, thereby improving the electrical characteristics of the device.
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