KR20090106153A - Method for manufacturing semiconductor device with vertical gate - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of a semiconductor device including a vertical gate is provided to simplify a process by excluding a separate mask. CONSTITUTION: A plurality of active pillars(62) having a recessed sidewall is formed on a substrate(61). A conductive film is formed on a whole surface including the active pillar. The conductive film is etched by using a protecting film in which carbon component is contained as an etching barrier. A vertical gate(69) surrounds the recessed sidewall of the active pillar. A buried type bit line(70A,70B) is formed by injecting an ion on the substrate. A sacrificial pattern covers the sidewall of the vertical gate, the protecting film, and the active pillar.

Description

수직게이트를 구비한 반도체장치 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE WITH VERTICAL GATE}Method of manufacturing semiconductor device having vertical gates {METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE WITH VERTICAL GATE}

본 발명은 반도체장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직게이트(Vertical gate; VG)를 구비한 반도체장치 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a vertical gate (VG).

최근에 집적도 향상을 위해 서브 50nm 이하급 반도체 장치가 요구되고 있는데, 플라나채널(Planar channel) 또는 리세스채널(Recess channel)을 갖는 반도체장치의 경우에는 40nm 이하로 스케일링(scaling) 하기가 매우 어려운 문제가 있다. 따라서 동일 스케일링에서 집적도를 1.5∼2 배 향상시킬 수 있는 반도체장치가 요구되고 있으며, 그에 따라 수직게이트(Vertical gate)를 구비한 반도체장치가 제안되었다.Recently, a semiconductor device having a sub 50 nm or less class is required to improve integration. In the case of a semiconductor device having a planar channel or a recess channel, scaling to less than 40 nm is very difficult. There is. Therefore, there is a demand for a semiconductor device capable of improving the integration degree by 1.5 to 2 times in the same scaling. Accordingly, a semiconductor device having a vertical gate has been proposed.

수직 게이트는 기판 상에서 수직으로 연장된 활성필라(Active pillar)의 주위를 감싸는 환형(Surround type)의 게이트로서, 수직게이트에 의해 채널(Channel)이 수직방향으로 형성된다.The vertical gate is a round type gate that wraps around an active pillar extending vertically on a substrate, and a channel is formed in a vertical direction by the vertical gate.

이와 같은 수직게이트를 구비한 메모리소자는 이온주입을 통해 매립형비트라인(Buried BitLine; BBL)을 형성하며, 이웃한 매립형비트라인을 분리시키기 위해 트렌치(Trench) 공정을 진행하고 있다.A memory device having such a vertical gate forms a buried bit line (BBL) through ion implantation, and performs a trench process to separate neighboring buried bit lines.

도 1a는 종래기술에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치의 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 X-X' 방향에 따른 단면도이다.1A is a perspective view of a semiconductor device having a vertical gate according to the related art, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of FIG. 1A.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판(11) 상에 리세스된 측벽을 갖는 활성필라(12)가 구축되고, 활성필라(12)의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트(14)가 형성된다. 기판(11) 내에는 이온주입에 의한 매립형비트라인(15A, 15B)이 형성된다. 매립형비트라인(15A, 15B)은 트렌치(16)에 의해 서로 분리되어 있다. 수직게이트(14)와 활성필라(12)의 리세스된 측벽 사이에는 게이트절연막(17)이 구비되고, 활성필라(12) 상부에는 트렌치 형성시 활성필라를 보호하기 위해 보호막(13)이 구비된다. 보호막(13)은 질화막을 포함한다.1A and 1B, an active pillar 12 having a recessed sidewall is formed on the substrate 11, and a vertical gate 14 is formed surrounding the recessed sidewall of the active pillar 12. . In the substrate 11, buried bit lines 15A and 15B by ion implantation are formed. The buried bit lines 15A and 15B are separated from each other by the trench 16. A gate insulating layer 17 is provided between the vertical gate 14 and the recessed sidewall of the active pillar 12, and a protective layer 13 is provided on the active pillar 12 to protect the active pillar when forming the trench. . The protective film 13 includes a nitride film.

상술한 종래기술에서 매립형비트라인(15A, 15B)은 이온주입을 통해 형성하며, 트렌치(16)를 통해 이웃한 매립형비트라인(15A, 15B)을 분리시킨다. 트렌치(16) 형성을 위해 마스크(PR)를 사용하고 있다. 이 마스크는 'BBL 마스크'라고도 한다.In the above-described conventional technology, the buried bit lines 15A and 15B are formed through ion implantation, and the adjacent buried bit lines 15A and 15B are separated through the trench 16. The mask PR is used to form the trench 16. This mask is also known as a BBL mask.

도 1c는 종래기술에 따른 BBL 마스크의 평면도로서, 트렌치(16)를 형성하기 위한 BBL 마스크는 비트라인방향의 라인패턴(Line pattern)이다. 1C is a plan view of a BBL mask according to the prior art, wherein the BBL mask for forming the trench 16 is a line pattern in the bit line direction.

그러나, 종래기술은 이웃하는 매립형비트라인(15A, 15B)을 분리시키기 위해 BBL 마스크를 이용하는 등 복잡한 스텝이 요구될뿐만 아니라 BBL 마스크 공정시 불 가피하게 수반되는 오정렬(Misalign)로 인해 매립형비트라인의 분리가 용이하지 않는 문제가 대두되고 있다.However, the related art requires not only complicated steps such as using a BBL mask to separate neighboring buried bit lines 15A and 15B, but also due to misalignment which is inevitably involved in the BBL mask process. There is a problem that is not easy to separate.

또한, 종래기술은 보호막(13)이 질화막이므로, 트렌치 형성을 위한 식각공정시 선택성이 높지 않아 활성필라(12)가 손상(Attack)되는 문제가 있다.In addition, in the related art, since the protective film 13 is a nitride film, there is a problem that the active pillar 12 is damaged due to not having high selectivity during the etching process for forming the trench.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 매립형비트라인의 분리를 위한 식각 공정의 복잡함을 단순화시키고, BBL 마스크 공정시의 오정렬로 인한 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 수직게이트를 구비한 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, a vertical gate that can simplify the complexity of the etching process for separation of the buried bit line, and can prevent the problem due to misalignment during the BBL mask process at the source It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a.

또한, 본 발명의 다른 목적은 매립형비트라인의 분리를 위한 트렌치 공정시 활성필라가 손상받는 것을 방지할 수 있는 수직게이트를 구비한 반도체장치 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical gate that can prevent the active pillar from being damaged during the trench process for separation of the buried bit line.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치 제조방법은 기판 상에 리세스된 측벽을 갖는 복수의 활성필라를 형성하는 단계; 상기 활성필라를 포함한 전면에 도전막을 형성하는 단계; 탄소성분이 함유된 보호막을 식각장벽으로 상기 도전막을 식각하여 상기 활성필라의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트를 형성하는 단계; 상기 기판에 이온주입을 통해 매립형비트라인을 형성하는 단계; 상기 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 희생막패턴을 형성하는 단계; 및 상기 활성필라 측벽의 희생막패턴에 자기정렬되도록 상기 기판을 식각하여 상기 매립형비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 트렌치 형성을 위한 기판의 식각은, 블랭킷 식각(Blanket etch) 으로 진행하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 보호막은, 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 보호막은 SiC, SiCN 또는 SiCO 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 보호막은 탄화물, 탄화질화물 또는 탄화산화물 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.A semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a plurality of active pillars having a sidewall recessed on the substrate; Forming a conductive film on the entire surface including the active pillars; Etching the conductive layer using the protective film containing the carbon component as an etch barrier to form a vertical gate surrounding the recessed sidewall of the active pillar; Forming a buried bit line through ion implantation in the substrate; Forming a sacrificial layer pattern covering sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate; And forming a trench separating the buried bit line by etching the substrate to be self-aligned with the sacrificial layer pattern on the sidewall of the active pillar. Preferably, the etching of the substrate for forming the trench is characterized in that the progress to the blanket etch (Blanket etch). Preferably, the protective film is characterized in that it comprises a material containing silicon (Si) and carbon (Carbon), the protective film is characterized in that it comprises any one selected from SiC, SiCN or SiCO, the protective film Silver is characterized in that it comprises any one selected from carbides, carbides or carbide oxides.

또한, 본 발명의 반도체장치 제조 방법은 적어도 탄소성분이 함유된 보호막을 식각장벽으로 기판을 식각하여 리세스된 측벽을 갖는 복수의 활성필라를 형성하는 단계; 상기 활성필라의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트를 형성하는 단계; 상기 기판에 매립형비트라인을 형성하는 단계; 상기 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 희생막패턴을 형성하는 단계; 및 상기 활성필라 측벽의 희생막패턴에 자기정렬되도록 상기 기판을 식각하여 상기 매립형비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 트렌치 형성을 위한 기판의 식각은, 블랭킷 식각(Blanket etch)으로 진행하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 보호막은 질화막과 탄소함유막의 적층구조로 형성하며, 상기 탄소함유막은 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함하며, 상기 탄소함유막은 SiC, SiCN 또는 SiCO 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 희생막패턴은 질화막을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a plurality of active pillars having a recessed sidewall by etching the substrate with an etching barrier at least a protective film containing a carbon component; Forming a vertical gate surrounding the recessed sidewall of the active pillar; Forming a buried bit line in the substrate; Forming a sacrificial layer pattern covering sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate; And forming a trench separating the buried bit line by etching the substrate to be self-aligned with the sacrificial layer pattern on the sidewall of the active pillar. Preferably, the etching of the substrate for forming the trench is characterized in that the progress to the blanket etch (Blanket etch). Preferably, the protective film is formed of a laminated structure of a nitride film and a carbon-containing film, the carbon-containing film comprises a material containing silicon (Si) and carbon (Carbon), the carbon-containing film is any selected from SiC, SiCN or SiCO Characterized by including one. The sacrificial film pattern may include a nitride film.

상술한 본 발명은, 매립형비트라인의 분리를 위한 트렌치 공정이 블랭킷 식 각이면서 자기정렬식각방식을 적용함에 따라 별도의 마스크를 사용하지 않아도 되므로 공정이 단순해지며 오정렬을 고려하지 않아도 된다. 아울러, 보호막이 높은 선택성을 갖는 물질이므로 활성필라가 손상받지도 않는다.In the present invention described above, since the trench process for separating the buried bit line is a blanket etching and a self-aligning etching method is applied, a separate mask does not need to be used, thereby simplifying the process and not considering misalignment. In addition, since the protective film is a material having high selectivity, the active pillars are not damaged.

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.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치의 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 X-X' 방향 및 Y-Y' 방향에 따른 단면도이다.FIG. 2A is a perspective view of a semiconductor device having a vertical gate in accordance with an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the X-X 'direction and the Y-Y' direction of FIG. 2A.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(21) 상에 리세스된 측벽(Recessed sidewall)을 갖는 활성필라(22)가 복수개 형성된다. 활성필라(22)는 넥필라(22B)와 헤드필라(22A)로 이루어지며, 넥필라(22B)에 의해 리세스된 측벽이 제공된다. 활성필라(22)의 헤드필라(22A) 측벽에는 필라스페이서(24)가 구비될 수 있다. 활성필라(22)의 리세스된 측벽, 즉 넥필라(22B)의 표면과 기판(21) 상에 게이트절연막(25)이 형성된다. 활성필라(22)의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트(27)가 형성된다. 기판(21) 내에 매립형비트라인(28A, 28B)가 형성되어 있고, 매립형 비트라인(28A, 28B)은 트렌치(30)에 의해 분리되어 있다.2A and 2B, a plurality of active pillars 22 having recessed sidewalls are formed on the substrate 21. The active pillar 22 is composed of a neck pillar 22B and a head pillar 22A, and a side wall recessed by the neck pillar 22B is provided. A pillar spacer 24 may be provided on the sidewall of the head pillar 22A of the active pillar 22. A gate insulating film 25 is formed on the recessed sidewall of the active pillar 22, that is, on the surface of the neck pillar 22B and the substrate 21. Vertical gates 27 are formed which surround the recessed sidewalls of the active pillar 22. The buried bit lines 28A and 28B are formed in the board | substrate 21, and the buried bit lines 28A and 28B are isolate | separated by the trench 30. As shown in FIG.

위와 같은 반도체장치는 다음의 세가지 방법에 의해 구현될 수 있다.The semiconductor device as described above may be implemented by the following three methods.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도 체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다. Y-Y' 방향은 이웃하는 활성필라 사이의 간격이 좁고, X-X' 방향에서는 이웃하는 활성필라 사이의 간격이 넓다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical gate according to a first embodiment of the present invention. In the Y-Y 'direction, the spacing between neighboring active pillars is narrow, and in the X-X' direction, the spacing between neighboring active pillars is wide.

도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(21) 상에 리세스된 측벽(Recessed sidewall)을 갖는 활성필라(22)를 복수개 형성한다. As shown in FIG. 3A, a plurality of active pillars 22 having recessed sidewalls are formed on the substrate 21.

활성필라(22)는 매트릭스 형태로 배열된 원기둥형 필라 구조이다. 활성필라(22)는 넥필라(22B)와 헤드필라(22A)로 이루어지고, 리세스된 측벽은 넥필라(22B)에 의해 제공된다. 넥필라(22B)는 등방성식각 공정에 의해 형성되는데, 등방성식각은 필라트리밍(Pillar Trimming) 공정이라고도 한다. 등방성식각에 의해 150Å 정도로 측벽이 리세스되어 넥필라(22B)가 형성된다. 활성필라(22)는 채널영역으로 기능하기 위해 불순물이 도핑될 수 있다.The active pillar 22 is a cylindrical pillar structure arranged in a matrix form. The active pillar 22 is composed of a neck pillar 22B and a head pillar 22A, and the recessed sidewall is provided by the neck pillar 22B. The neck pillar 22B is formed by an isotropic etching process, and isotropic etching is also called a pillar trimming process. By isotropic etching, the sidewalls are recessed to about 150 Å to form the neck pillars 22B. The active pillar 22 may be doped with impurities to function as a channel region.

활성필라(22) 상부에는 보호막(23)이 형성되어 있다. 보호막(23)은 활성필라(22)를 형성하기 위한 식각공정은 물론 후속 트렌치 공정시에도 높은 선택성을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. The passivation layer 23 is formed on the active pillar 22. The protective layer 23 may be formed of a material having high selectivity not only during the etching process for forming the active pillar 22 but also during the subsequent trench process.

보호막(23)은 탄소함유막을 포함하며, 탄소함유막은 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함한다. 바람직하게, 보호막(23)은 탄화물, 탄화질화물 또는 탄화산화물을 포함한다. 더욱 바람직하게, 보호막(23)은 SiC, SiCN 또는 SiCO 중 어느 하나를 포함한다. 탄소함유막은 실리콘기판 식각시 질화막보다 높은 선택성을 갖는다.The passivation layer 23 includes a carbon-containing layer, and the carbon-containing layer includes a material containing silicon (Si) and carbon. Preferably, the protective film 23 includes carbide, carbide nitride or carbide oxide. More preferably, the protective film 23 includes any one of SiC, SiCN or SiCO. The carbon-containing film has higher selectivity than the nitride film when etching the silicon substrate.

기판(21)은 실리콘기판을 포함한다. 또한, 기판(21)은 실리콘저마늄기판을 포함할 수도 있다.The substrate 21 includes a silicon substrate. In addition, the substrate 21 may include a silicon germanium substrate.

헤드필라(22A)의 측벽이 손상되지 않도록 하기 위해 헤드필라(22A)의 측벽에 필라스페이서(24)를 형성한 후에 넥필라(22B) 형성을 위한 식각공정을 진행할 수 있다. 필라스페이서(24)는 보호막(23)의 측벽에도 형성된다. 필라스페이서(24)는 실리콘질화막을 증착한 후 에치백하여 형성한다.In order to prevent the side wall of the head pillar 22A from being damaged, an etching process for forming the neck pillar 22B may be performed after the pillar spacer 24 is formed on the side wall of the head pillar 22A. The pillar spacers 24 are also formed on the sidewalls of the protective film 23. The pillar spacer 24 is formed by depositing a silicon nitride film and then etching back.

도 3b에 도시된 바와 같이, 넥필라(22B)와 기판(21)의 노출된 표면 상에 게이트절연막(25)을 형성한다. 게이트절연막(25)은 실리콘산화막을 포함할 수 있으며, 게이트절연막(25)은 증착공정 또는 산화공정에 의해 50Å 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게, 산화공정에 의해 형성하는데, 헤드필라(22A)의 측벽은 필라스페이서(24)에 의해 커버링되어 있으므로 게이트절연막이 형성되지 않는다.As shown in FIG. 3B, a gate insulating film 25 is formed on the exposed surfaces of the neck pillars 22B and the substrate 21. The gate insulating film 25 may include a silicon oxide film, and the gate insulating film 25 may be formed to have a thickness of 50 kHz by a deposition process or an oxidation process. Preferably, it is formed by an oxidation process. Since the sidewalls of the head pillars 22A are covered by the pillar spacers 24, no gate insulating film is formed.

게이트절연막(25)이 형성된 구조의 전면에 도전막(26)을 형성한다. 이때, 도전막(27)은 얇은 두께(150∼300Å)로 형성하는데, 적어도 넥필라(22B)의 리세스된 측벽을 채우는 두께를 만족하면 된다. 즉, 활성필라의 리세스량이 150Å이므로, 도전막(27)은 150Å보다 두꺼우면 된다. 따라서, 필요 이상으로 매우 두껍게 증착할 필요는 없으므로, 300Å 이하의 두께를 만족하면 된다.The conductive film 26 is formed on the entire surface of the structure in which the gate insulating film 25 is formed. At this time, the conductive film 27 is formed to have a thin thickness (150 to 300 micrometers), and at least the thickness filling the recessed sidewall of the neck pillar 22B may be satisfied. That is, since the recess amount of the active pillar is 150 kV, the conductive film 27 may be thicker than 150 kPa. Therefore, since it is not necessary to deposit very thick more than necessary, what is necessary is just to satisfy the thickness of 300 GPa or less.

도전막(26)은 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 증착한 폴리실리콘막을 포함한다. 폴리실리콘막은 인(Ph), 비소(As)와 같은 N형 불순물 또는 붕소(Boron)와 같은 P형 불순물을 포함할 수 있다.The conductive film 26 includes a polysilicon film deposited by chemical vapor deposition (CVD). The polysilicon film may include N-type impurities such as phosphorus (Ph), arsenic (As), or P-type impurities such as boron (Boron).

도 3c에 도시된 바와 같이, 도전막(26)을 에치백하여 활성필라(22)의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트(27)를 형성한다. 수직게이트(27) 형성을 위한 에치백 공정시 보호막(23)은 높은 선택성을 갖기 때문에 여전히 일정 두께를 갖고 잔류 한다.As shown in FIG. 3C, the conductive layer 26 is etched back to form a vertical gate 27 that surrounds the recessed sidewall of the active pillar 22. During the etch back process for forming the vertical gate 27, the protective layer 23 may remain with a constant thickness because of the high selectivity.

도 3d에 도시된 바와 같이, 기판(21)에 이온주입을 진행하여 매립형비트라인으로 사용될 불순물영역(28)을 형성한다. 불순물영역(28)은 트랜지스터의 소스(드레인) 영역으로도 작용한다. 따라서, 불순물영역(28)은 N형 불순물 또는 P형 불순물이 이온주입될 수 있다. N형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)를 포함하고, P형 불순물은 보론(Boron)을 포함한다.As shown in FIG. 3D, ion implantation is performed on the substrate 21 to form an impurity region 28 to be used as a buried bit line. The impurity region 28 also serves as a source (drain) region of the transistor. Therefore, the impurity region 28 may be ion implanted with N-type impurities or P-type impurities. N-type impurities include phosphorus (P) or arsenic (As), and P-type impurities include boron.

도 3e에 도시된 바와 같이, 전면에 희생막(29)을 형성한다. 희생막(29)은 질화막을 포함하며, 150∼300Å 두께로 증착한다. 희생막(29)은 Y-Y' 방향에서는 활성필라(22) 사이를 채우면서 보호막(23) 상부를 덮는 형태가 된다. X-X' 방향에서는 활성필라(22) 사이의 간격이 넓기 때문에 활성필라 사이를 채우지 않는다. Y-Y' 방향에서 활성필라 사이의 간격이 좁아 희생막(29)이 활성필라 사이를 채우는 형태가 된다.As shown in FIG. 3E, a sacrificial layer 29 is formed on the entire surface. The sacrificial film 29 includes a nitride film and is deposited to a thickness of 150 to 300 Å. The sacrificial layer 29 is formed to cover the upper portion of the passivation layer 23 while filling the active pillars 22 in the Y-Y 'direction. In the X-X 'direction, the gap between the active pillars 22 is wide so as not to fill the gaps between the active pillars. Since the gap between the active pillars in the Y-Y 'direction is narrow, the sacrificial layer 29 fills the gaps between the active pillars.

도 3f에 도시된 바와 같이, 매립형 비트라인(28A, 28B)을 형성하기 위한 트렌치(30) 공정을 진행한다.As shown in FIG. 3F, the trench 30 process is performed to form the buried bit lines 28A and 28B.

제1실시예는 트렌치 공정을 위한 마스크(종래 BBL 마스크) 공정을 생략하고, 블랭킷식각(Blanket etch) 방법으로 트렌치(30)를 형성한다. 이때, 보호막(23)이 식각장벽 역할을 한다. 바람직하게는, 보호막(23)과 기판(21)의 높은 선택비를 이용하여 식각한다. 즉, 보호막(23)으로 사용된 탄소함유막은 실리콘기판인 기판(21)을 식각할때 높은 선택성을 갖는다. 따라서, 기판(21)을 식각하여 트렌치(30)를 형성할 때 식각장벽 역할을 한다.The first embodiment omits the mask (formerly BBL mask) process for the trench process and forms the trench 30 by a blanket etch method. At this time, the protective film 23 serves as an etching barrier. Preferably, etching is performed using a high selectivity ratio between the protective film 23 and the substrate 21. That is, the carbon-containing film used as the protective film 23 has a high selectivity when etching the substrate 21 which is a silicon substrate. Thus, when the trench 21 is formed by etching the substrate 21, the substrate 21 serves as an etching barrier.

구체적으로 살펴보면, 블랭킷식각에 의해 기판(21) 표면의 희생막(29)이 식각되고, 이후 노출되는 기판(21)을 일정 깊이로 식각하여 트렌치(30)를 형성한다. 블랭킷식각은 직진성의 식각이므로 X-X' 방향에서는 보호막(23) 상부면과 기판(21) 표면의 희생막이 모두 식각되고 활성필라 및 제2보호막의 측벽에만 희생막패턴(29A)이 잔류한다. 반면에, Y-Y' 방향에서는 희생막패턴(29B)이 활성필라 사이를 갭필하는 형태로 잔류한다. 이는 Y-Y' 방향에서는 활성필라 사이에 희생막이 두껍게 매립되어 있기 때문에 희생막의 식각량이 적기 때문이다. 따라서 Y-Y' 방향에서는 트렌치(30)가 형성되지 않는다. 희생막패턴(29A, 29B)은 활성필라들의 측벽을 모두 에워싸는 부분 메시(Mesh) 구조가 된다.In detail, the sacrificial layer 29 on the surface of the substrate 21 is etched by the blanket etching, and then the exposed substrate 21 is etched to a predetermined depth to form the trench 30. Since the blanket etching is a straight etching, both the sacrificial films on the upper surface of the passivation layer 23 and the surface of the substrate 21 are etched in the X-X 'direction, and the sacrificial layer pattern 29A remains only on the sidewalls of the active pillar and the second passivation layer. On the other hand, in the Y-Y 'direction, the sacrificial film pattern 29B remains in the form of gap filling between the active pillars. This is because in the Y-Y 'direction, the sacrificial layer is thickly interposed between the active pillars, so that the amount of etching of the sacrificial layer is small. Therefore, the trench 30 is not formed in the Y-Y 'direction. The sacrificial layer patterns 29A and 29B have a partial mesh structure surrounding all sidewalls of the active pillars.

X-X' 방향에서는 희생막패턴(29A)에 의해 기판(21)이 자기정렬식각(Self Aligned Etch)이 진행되어 트렌치(30)가 되고, Y-Y' 방향에서는 희생막패턴(29B)에 의해 식각이 방지된다. 희생막패턴(29A, 29B)은 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 형태이다.In the XX 'direction, the substrate 21 is self-aligned etched by the sacrificial film pattern 29A to form the trench 30, and the etching is prevented by the sacrificial film pattern 29B in the YY' direction. do. The sacrificial layer patterns 29A and 29B cover sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate.

상술한 바에 따르면, 트렌치(30)를 형성하기 위한 식각공정은 별도의 마스크를 사용하지 않는 블랭킷식각이면서 보호막(23)과 희생막패턴(29A, 29B)에 자기정렬되어 기판(21)이 식각되는 자기정렬식각 방식이다.As described above, the etching process for forming the trench 30 is a blanket etching without using a separate mask and is self-aligned with the passivation layer 23 and the sacrificial layer patterns 29A and 29B to etch the substrate 21. Self-aligned etching method.

트렌치(30)에 의해 불순물영역(28)은 매립형비트라인(28A, 28B)이 되고, 이웃하는 매립형비트라인(28A, 28B)은 트렌치(30)에 의해 서로 분리된다. 트렌치(30)는 매립형비트라인(28A, 28B)보다 더 깊게 형성하여 이웃하는 매립형비트라인 사이를 분리시킨다.By the trench 30, the impurity regions 28 become buried bit lines 28A and 28B, and neighboring buried bit lines 28A and 28B are separated from each other by the trench 30. The trench 30 is formed deeper than the buried bit lines 28A and 28B to separate between neighboring buried bit lines.

도 3g에 도시된 바와 같이, 남아있는 희생막(29A, 29B)을 제거한다. 희생막(29A, 29B)은 플라즈마 스트립(Plasma strip)을 통해 제거한다. 희생막(29A, 29B)은 질화막이므로, CF4 플라즈마를 이용한 스트립을 통해 제거한다. 희생막(29A, 29B) 제거시에 필라스페이서(24)도 일부 제거될 수 있다. As shown in FIG. 3G, the remaining sacrificial films 29A and 29B are removed. The sacrificial films 29A and 29B are removed through a plasma strip. Since the sacrificial films 29A and 29B are nitride films, the sacrificial films 29A and 29B are removed through a strip using CF 4 plasma. When removing the sacrificial layers 29A and 29B, the pillar spacers 24 may be partially removed.

보호막(23)도 제거할 수 있다. 보호막(23)은 플라즈마 스트립(Plasma strip)을 통해 제거한다. 보호막(23)이 탄소성분을 함유하고 있으므로, 산소플라즈마를 이용한 스트립을 통해 제거한다.The protective film 23 can also be removed. The passivation layer 23 is removed through a plasma strip. Since the protective film 23 contains a carbon component, it is removed through a strip using oxygen plasma.

상술한 제1실시예에 따르면, 매립형비트라인(28A, 28B)의 분리를 위한 트렌치(30) 공정이 블랭킷 식각이면서 자기정렬식각방식을 적용함에 따라 별도의 마스크를 사용하지 않아도 되므로 공정이 단순해지며 오정렬을 고려하지 않아도 된다. 아울러, 보호막이 높은 선택성을 갖는 물질이므로 활성필라가 손상받지도 않는다.According to the first embodiment described above, since the trench 30 process for separating the buried bit lines 28A and 28B is a blanket etching and a self-aligned etching method is applied, a separate mask does not need to be used, thereby simplifying the process. The misalignment does not need to be considered. In addition, since the protective film is a material having high selectivity, the active pillars are not damaged.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다. Y-Y' 방향은 이웃하는 활성필라 사이의 간격이 좁고, X-X' 방향에서는 이웃하는 활성필라 사이의 간격이 넓다.4A through 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical gate in accordance with a second embodiment of the present invention. In the Y-Y 'direction, the spacing between neighboring active pillars is narrow, and in the X-X' direction, the spacing between neighboring active pillars is wide.

도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(41) 상에 리세스된 측벽(Recessed sidewall)을 갖는 활성필라(42)를 복수개 형성한다. As shown in FIG. 4A, a plurality of active pillars 42 having recessed sidewalls are formed on the substrate 41.

활성필라(42)는 매트릭스 형태로 배열된 원기둥형 필라 구조이다. 활성필라(42)는 넥필라(42B)와 헤드필라(42A)로 이루어지고, 리세스된 측벽은 넥필라(42B)에 의해 제공된다. The active pillar 42 is a cylindrical pillar structure arranged in a matrix form. The active pillar 42 is composed of a neck pillar 42B and a head pillar 42A, and the recessed sidewall is provided by the neck pillar 42B.

활성필라(42)는 제1 및 제2보호막(43, 44)을 이용한 여러번의 식각공정을 통해 형성한다. 먼저, 제1 및 제2보호막(43, 44)을 식각장벽으로 하여 기판(41)을 이방성식각하여 헤드필라(42A)를 형성하고, 추가로 이방성식각 및 등방성식각을 순차적으로 진행하여 넥필라(42B)를 형성한다. 등방성식각에 의해 넥필라(42B)는 헤드필라(42A) 아래에서 측벽이 리세스된 형태를 갖고 형성된다.The active pillar 42 is formed through several etching processes using the first and second passivation layers 43 and 44. First, the head pillars 42A are formed by anisotropically etching the substrate 41 using the first and second passivation layers 43 and 44 as etch barriers, and further, anisotropic etching and isotropic etching are sequentially performed to form a neck pillar ( 42B). By isotropic etching, the neck pillar 42B is formed with a recessed sidewall under the head pillar 42A.

기판(41)은 실리콘기판을 포함한다. 기판(41)이 실리콘기판이므로, 이방성식각은 Cl2 또는 HBr 가스를 단독으로 사용하거나, Cl2와 HBr 가스의 혼합가스를 이용하여 진행한다. 등방성식각은 습식식각(Wet etch) 또는 화학적건식식각(Chemical Dry Etch; CDE) 방식을 이용한다. 습식식각은 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 염산(HCl) 용액을 이용할 수 있다. 화학적건식식각은 Cl2, HBr 및 SF6의 혼합가스를 이용하여 진행할 수 있다. SF6 가스는 실리콘기판을 등방성식각하는 것으로 알려져 있다. 등방성식각 공정을 필라 트리밍(Phillar Trimming) 공정이라고 하며, 등방성식각에 의해 150Å 정도로 측벽이 리세스되어 넥필라(42B)가 형성된다. The substrate 41 includes a silicon substrate. Since the substrate 41 is a silicon substrate, the anisotropic etching proceeds by using Cl 2 or HBr gas alone, or by using a mixed gas of Cl 2 and HBr gas. Isotropic etching uses wet etching or chemical dry etching (CDE). Wet etching may use potassium hydroxide (KOH) solution or hydrochloric acid (HCl) solution. Chemical dry etching may be performed using a mixed gas of Cl 2 , HBr, and SF 6 . SF 6 gas is known to isotropically etch silicon substrates. The isotropic etching process is called a pillar trimming process, and the sidewalls are recessed by about 150 microseconds by the isotropic etching to form the neck pillar 42B.

한편, 헤드필라(42A)의 측벽이 손상되지 않도록 하기 위해 헤드필라(42A)의 측벽에 필라스페이서(45)를 형성한 후에 넥필라(42B) 형성을 위한 식각공정을 진행할 수 있다. 필라스페이서(45)는 제1 및 제1보호막(43, 44)의 측벽에도 형성된다. 필라스페이서(45)는 실리콘질화막을 증착한 후 에치백하여 형성한다.On the other hand, in order to prevent damage to the side wall of the head pillar 42A, after forming the pillar spacer 45 on the side wall of the head pillar 42A, an etching process for forming the neck pillar 42B may be performed. The pillar spacers 45 are also formed on sidewalls of the first and first passivation layers 43 and 44. The pillar spacer 45 is formed by depositing a silicon nitride film and then etching back.

제1보호막(43)과 제2보호막(44)은 후속 식각공정에서 활성필라(42)를 보호하는 보호막 역할외에 식각장벽 역할을 한다. 따라서, 제1보호막(43)과 제2보호 막(44)은 활성필라(42)를 형성하기 위한 식각공정은 물론 후속 트렌치 공정시에도 높은 선택성을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 제1보호막(43)은 실리콘질화막(Si3N4)으로 형성할 수 있으며, 그 두께는 2000Å으로 할 수 있다. The first passivation layer 43 and the second passivation layer 44 serve as an etching barrier in addition to the protection layer for protecting the active pillar 42 in a subsequent etching process. Accordingly, the first protective layer 43 and the second protective layer 44 may be formed of a material having high selectivity not only during the etching process for forming the active pillar 42 but also during the subsequent trench process. The first protective film 43 may be formed of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), and may have a thickness of 2000 GPa.

제2보호막(44)은 후속 트렌치 식각시 높은 선택성을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제2보호막(44)은 후속 트렌치 식각시 제1보호막(43)보다 더 높은 선택성을 갖는 것이 바람직하다. 질화막 물질인 제1보호막(43)만으로는 후속 트렌치 공정시 높은 선택성을 얻기 어려워 활성필라가 어택받기 쉽다.The second passivation layer 44 may be formed of a material having high selectivity during subsequent trench etching. In addition, the second passivation layer 44 preferably has a higher selectivity than the first passivation layer 43 during subsequent trench etching. Only the first protective film 43, which is a nitride film material, is difficult to obtain high selectivity in the subsequent trench process, and thus, the active pillars are easily attacked.

제2보호막(44)은 탄소함유막을 포함하며, 또한 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함한다. 바람직하게, 제2보호막(44)은 탄화물, 탄화질화물 또는 탄화산화물을 포함한다. 더욱 바람직하게, 제2보호막(44)은 SiC, SiCN 또는 SiCO 중 어느 하나를 포함한다.The second passivation layer 44 includes a carbon-containing film and also includes a material containing silicon (Si) and carbon. Preferably, the second passivation layer 44 includes carbide, carbide nitride or carbide oxide. More preferably, the second protective film 44 includes any one of SiC, SiCN or SiCO.

한편, 도시하지 않았지만, 제1보호막(43)과 헤드필라(42A) 사이에는 제1보호막(43)에 의해 초래되는 응력을 완화시키기 위해 버퍼막(Buffer layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼막은 실리콘산화막을 포함한다.Although not shown, a buffer layer may be further provided between the first passivation layer 43 and the head pillar 42A to relieve stress caused by the first passivation layer 43. The buffer film includes a silicon oxide film.

도 4b에 도시된 바와 같이, 넥필라(42B)와 기판(41)의 노출된 표면 상에 게이트절연막(46)을 형성한다. 게이트절연막(46)은 실리콘산화막을 포함할 수 있으며, 게이트절연막(46)은 증착공정 또는 산화공정에 의해 50Å 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게, 산화공정에 의해 형성하는데, 헤드필라(42A)의 측벽은 필라스페이서(45)에 의해 커버링되어 있으므로 게이트절연막이 형성되지 않는다.As shown in FIG. 4B, a gate insulating film 46 is formed on the exposed surfaces of the neck pillars 42B and the substrate 41. The gate insulating film 46 may include a silicon oxide film, and the gate insulating film 46 may be formed to have a thickness of 50 μs by a deposition process or an oxidation process. Preferably, it is formed by an oxidation process. Since the sidewalls of the head pillars 42A are covered by the pillar spacers 45, no gate insulating film is formed.

게이트절연막(46)이 형성된 구조의 전면에 도전막(47)을 형성한다. 이때, 도전막(47)은 얇은 두께(150∼300Å)로 형성하는데, 적어도 넥필라(42B)의 리세스된 측벽을 채우는 두께를 만족하면 된다. 즉, 활성필라의 리세스량이 150Å이므로, 도전막(47)은 150Å보다 두꺼우면 된다. 따라서, 필요 이상으로 매우 두껍게 증착할 필요는 없으므로, 300Å 이하의 두께를 만족하면 된다.The conductive film 47 is formed on the entire surface of the structure in which the gate insulating film 46 is formed. At this time, the conductive film 47 is formed to have a thin thickness (150 to 300 mW), and at least the thickness filling the recessed sidewall of the neck pillar 42B is satisfied. That is, since the recess amount of the active pillar is 150 kV, the conductive film 47 may be thicker than 150 kPa. Therefore, since it is not necessary to deposit very thick more than necessary, what is necessary is just to satisfy the thickness of 300 GPa or less.

도전막(47)은 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 증착한 폴리실리콘막을 포함한다. 폴리실리콘막은 인(Ph), 비소(As)와 같은 N형 불순물 또는 붕소(Boron)와 같은 P형 불순물을 포함할 수 있다.The conductive film 47 includes a polysilicon film deposited by chemical vapor deposition (CVD). The polysilicon film may include N-type impurities such as phosphorus (Ph), arsenic (As), or P-type impurities such as boron (Boron).

도 4c에 도시된 바와 같이, 도전막(47)을 에치백하여 활성필라(42)의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트(48)를 형성한다. 수직게이트(48) 형성을 위한 에치백 공정시 제2보호막(44)은 높은 선택성을 갖기 때문에 여전히 일정 두께를 갖고 잔류한다.As shown in FIG. 4C, the conductive film 47 is etched back to form a vertical gate 48 that surrounds the recessed sidewall of the active pillar 42. In the etch back process for forming the vertical gate 48, the second passivation layer 44 remains with a constant thickness because of the high selectivity.

도 4d에 도시된 바와 같이, 기판(41)에 이온주입을 진행하여 매립형비트라인으로 사용될 불순물영역(49)을 형성한다. 불순물영역(49)은 트랜지스터의 소스(드레인) 영역으로도 작용한다. 따라서, 불순물영역(49)은 N형 불순물 또는 P형 불순물이 이온주입될 수 있다. N형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)를 포함하고, P형 불순물은 보론(Boron)을 포함한다.As shown in FIG. 4D, ion implantation is performed on the substrate 41 to form an impurity region 49 to be used as a buried bit line. The impurity region 49 also serves as a source (drain) region of the transistor. Therefore, the impurity region 49 may be ion implanted with N-type impurities or P-type impurities. N-type impurities include phosphorus (P) or arsenic (As), and P-type impurities include boron.

도 4e에 도시된 바와 같이, 전면에 희생막(50)을 형성한다. 희생막(50)은 질화막을 포함하며, 150∼300Å 두께로 증착한다. 희생막(31)은 Y-Y' 방향에서는 활성필라(42) 사이를 채우면서 제2보호막(44) 상부를 덮는 형태가 된다. X-X' 방향에 서는 활성필라(42) 사이의 간격이 넓기 때문에 활성필라 사이를 채우지 않는다. Y-Y' 방향에서 활성필라 사이의 간격이 좁기 때문에 희생막(31)이 활성필라 사이를 채우는 형태가 된다.As shown in FIG. 4E, a sacrificial layer 50 is formed on the entire surface. The sacrificial film 50 includes a nitride film and is deposited to a thickness of 150 to 300 Å. The sacrificial layer 31 is formed to cover the upper portion of the second passivation layer 44 while filling the active pillars 42 in the Y-Y 'direction. In the X-X 'direction, the gap between the active pillars 42 is wide so as not to fill between the active pillars. Since the gap between the active pillars in the Y-Y 'direction is narrow, the sacrificial layer 31 fills the gaps between the active pillars.

도 4f에 도시된 바와 같이, 매립형 비트라인(49A, 49B)을 형성하기 위한 트렌치(51) 공정을 진행한다.As shown in FIG. 4F, the trench 51 process for forming the buried bit lines 49A and 49B is performed.

제2실시예는 트렌치 공정을 위한 마스크(종래 BBL 마스크) 공정을 생략하고, 블랭킷식각(Blanket etch) 방법으로 트렌치(51)를 형성한다. 이때, 제2보호막(44)이 식각장벽 역할을 한다. 바람직하게는, 제2보호막(44)과 기판(41)의 높은 선택비를 이용하여 식각한다. 즉, 제2보호막(44)으로 사용된 탄소함유막은 실리콘기판인 기판(41)을 식각할때 높은 선택성을 갖는다. 따라서, 기판(41)을 식각하여 트렌치(42)를 형성할 때 식각장벽 역할을 한다.The second embodiment omits the mask (formerly BBL mask) process for the trench process and forms the trench 51 by a blanket etch method. In this case, the second passivation layer 44 serves as an etching barrier. Preferably, etching is performed using a high selectivity ratio between the second protective film 44 and the substrate 41. That is, the carbon-containing film used as the second protective film 44 has a high selectivity when etching the substrate 41 which is a silicon substrate. Therefore, when the substrate 41 is etched to form the trench 42, the substrate 41 serves as an etching barrier.

구체적으로 살펴보면, 블랭킷식각에 의해 기판(41) 표면의 희생막(50)이 식각되고, 이후 노출되는 기판(41)을 일정 깊이로 식각하여 트렌치(51)를 형성한다. 블랭킷식각은 직진성의 식각이므로 X-X' 방향에서는 제2보호막(44) 상부면과 기판(41) 표면의 희생막이 모두 식각되고 활성필라 및 제2보호막의 측벽에만 희생막(50A)이 잔류한다. 반면에, Y-Y' 방향에서는 희생막(50B)이 활성필라 사이를 갭필하는 형태로 잔류한다. 이는 Y-Y' 방향에서는 활성필라 사이에 희생막이 두껍게 매립되어 있기 때문에 희생막의 식각량이 적기 때문이다. In detail, the sacrificial layer 50 on the surface of the substrate 41 is etched by the blanket etching, and then the exposed substrate 41 is etched to a predetermined depth to form the trench 51. Since the blanket etching is a straight etching, in the X-X 'direction, both the top surface of the second passivation layer 44 and the sacrificial layer on the surface of the substrate 41 are etched, and the sacrificial layer 50A remains only on the sidewalls of the active pillar and the second passivation layer. On the other hand, in the Y-Y 'direction, the sacrificial film 50B remains in the form of gap filling between the active pillars. This is because in the Y-Y 'direction, the sacrificial layer is thickly interposed between the active pillars, so that the amount of etching of the sacrificial layer is small.

따라서 Y-Y' 방향에서는 트렌치(51)가 형성되지 않는다. 희생막패턴(50A, 50B)은 활성필라들의 측벽을 모두 에워싸는 부분 메시(Mesh) 구조가 된다.Therefore, the trench 51 is not formed in the Y-Y 'direction. The sacrificial layer patterns 50A and 50B have a partial mesh structure surrounding all sidewalls of the active pillars.

X-X' 방향에서는 희생막패턴(50A)에 의해 기판(41)이 자기정렬식각(Self Aligned Etch)이 진행되어 트렌치(51)가 되고, Y-Y' 방향에서는 희생막패턴(50B)에 의해 식각이 방지된다. 희생막패턴(50A, 50B)은 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 형태이다.In the XX 'direction, the substrate 41 is self-aligned etched by the sacrificial film pattern 50A to form the trench 51, and the etching is prevented by the sacrificial film pattern 50B in the YY' direction. do. The sacrificial layer patterns 50A and 50B cover sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate.

상술한 바에 따르면, 트렌치(51)를 형성하기 위한 식각공정은 별도의 마스크를 사용하지 않는 블랭킷식각이면서 제2보호막(44)과 희생막패턴(50A, 50B)에 자기정렬되어 기판(41)이 식각되는 자기정렬식각 방식이다.As described above, the etching process for forming the trench 51 is a blanket etching without using a separate mask and is self-aligned with the second passivation layer 44 and the sacrificial layer patterns 50A and 50B so that the substrate 41 is formed. It is a self-aligned etching method that is etched.

트렌치(51)에 의해 불순물영역(49)은 매립형비트라인(49A, 49B)이 되고, 이웃하는 매립형비트라인(49A, 49B)은 트렌치(51)에 의해 서로 분리된다. 트렌치(51)는 매립형비트라인(49A, 49B)보다 더 깊게 형성하여 이웃하는 매립형비트라인 사이를 분리시킨다.By the trench 51, the impurity regions 49 become buried bit lines 49A and 49B, and adjacent buried bit lines 49A and 49B are separated from each other by the trench 51. The trench 51 is formed deeper than the buried bit lines 49A and 49B to separate between neighboring buried bit lines.

도 4g에 도시된 바와 같이, 남아있는 희생막(50A, 50B)을 제거한 후, 제2보호막(44)을 제거한다. 제2보호막(44)과 희생막(50A, 50B)은 플라즈마 스트립(Plasma strip)을 통해 제거한다.As shown in FIG. 4G, after the remaining sacrificial films 50A and 50B are removed, the second protective film 44 is removed. The second passivation layer 44 and the sacrificial layers 50A and 50B are removed through a plasma strip.

제2보호막(44)이 탄소성분을 함유하고 있으므로, 산소플라즈마를 이용한 스트립을 통해 제거한다. 희생막(50A, 50B)은 질화막이므로, CF4 플라즈마를 이용한 스트립을 통해 제거한다. 희생막(50A, 50B) 제거시에 필라스페이서(45)도 일부 제거될 수 있다. 제1보호막(43)은 후속 공정으로부터 활성필라를 보호하는 역할 및 절연시키는 역할을 한다.Since the second protective film 44 contains a carbon component, the second protective film 44 is removed through a strip using oxygen plasma. Since the sacrificial films 50A and 50B are nitride films, the sacrificial films 50A and 50B are removed through a strip using CF 4 plasma. When the sacrificial layers 50A and 50B are removed, some of the pillar spacers 45 may be removed. The first protective layer 43 serves to protect and insulate the active pillars from subsequent processes.

상술한 제2실시예에 따르면, 매립형비트라인의 분리를 위한 트렌치 공정이 블랭킷 식각이면서 자기정렬식각방식을 적용함에 따라 별도의 마스크를 사용하지 않아도 되므로 공정이 단순해지며 오정렬을 고려하지 않아도 된다. 아울러, 제2보호막이 높은 선택성을 갖는 물질이므로 활성필라가 손상받지도 않는다.According to the second embodiment described above, since the trench process for separating the buried bit line is a blanket etching and a self-aligned etching method is applied, a separate mask does not need to be used, and thus the process is simplified and misalignment is not considered. In addition, since the second protective film is a material having high selectivity, the active pillars are not damaged.

도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.5A through 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical gate in accordance with a third embodiment of the present invention.

도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(61) 상에 리세스된 측벽(Recessed sidewall)을 갖는 활성필라(62)를 복수개 형성한다. Y-Y' 방향은 이웃하는 활성필라 사이의 간격이 좁고, X-X' 방향에서는 이웃하는 활성필라 사이의 간격이 넓다.As shown in FIG. 5A, a plurality of active pillars 62 having recessed sidewalls are formed on the substrate 61. In the Y-Y 'direction, the spacing between neighboring active pillars is narrow, and in the X-X' direction, the spacing between neighboring active pillars is wide.

활성필라(62)는 매트릭스 형태로 배열된 원기둥형 필라 구조이다. 활성필라(62)는 넥필라(62B)와 헤드필라(62A)로 이루어지고, 리세스된 측벽은 넥필라(62B)에 의해 제공된다. The active pillar 62 is a cylindrical pillar structure arranged in a matrix form. The active pillar 62 is composed of a neck pillar 62B and a head pillar 62A, and the recessed sidewall is provided by the neck pillar 62B.

활성필라(62)는 제1보호막(63)을 이용한 여러번의 식각공정을 통해 형성한다. 먼저, 제1보호막(63)을 식각장벽으로 하여 기판(61)을 이방성식각하여 헤드필라(62A)를 형성하고, 추가로 이방성식각 및 등방성식각을 순차적으로 진행하여 넥필라(62B)를 형성한다. 등방성식각에 의해 넥필라(62B)는 헤드필라(62A) 아래에서 측벽이 리세스된 형태를 갖고 형성된다.The active pillar 62 is formed through several etching processes using the first passivation layer 63. First, the head pillar 62A is formed by anisotropically etching the substrate 61 using the first passivation layer 63 as an etch barrier, and further, the neck pillar 62B is formed by sequentially performing anisotropic etching and isotropic etching. . By isotropic etching, the neck pillar 62B is formed with a recessed sidewall under the head pillar 62A.

기판(61)은 실리콘기판을 포함한다. 기판(61)이 실리콘기판이므로, 이방성식각은 Cl2 또는 HBr 가스를 단독으로 사용하거나, Cl2와 HBr 가스의 혼합가스를 이용 하여 진행한다. 등방성식각은 습식식각(Wet etch) 또는 화학적건식식각(Chemical Dry Etch; CDE) 방식을 이용한다. 습식식각은 수산화칼륨(KOH) 용액 또는 염산(HCl) 용액을 이용할 수 있다. 화학적건식식각은 Cl2, HBr 및 SF6의 혼합가스를 이용하여 진행할 수 있다. SF6 가스는 실리콘기판을 등방성식각하는 것으로 알려져 있다. 등방성식각 공정을 필라 트리밍(Pillar Trimming) 공정이라고 하며, 등방성식각에 의해 150Å 정도로 측벽이 리세스되어 넥필라(62B)가 형성된다. The substrate 61 includes a silicon substrate. Since the substrate 61 is a silicon substrate, the anisotropic etching proceeds by using Cl 2 or HBr gas alone or by using a mixed gas of Cl 2 and HBr gas. Isotropic etching uses wet etching or chemical dry etching (CDE). Wet etching may use potassium hydroxide (KOH) solution or hydrochloric acid (HCl) solution. Chemical dry etching may be performed using a mixed gas of Cl 2 , HBr, and SF 6 . SF 6 gas is known to isotropically etch silicon substrates. The isotropic etching process is called a pillar trimming process, and the sidewalls are recessed by about 150 microseconds by the isotropic etching to form the neck pillar 62B.

한편, 헤드필라(62A)의 측벽이 손상되지 않도록 하기 위해 헤드필라(62A)의 측벽에 필라스페이서(64)를 형성한 후에 넥필라(62B) 형성을 위한 식각공정을 진행할 수 있다. 필라스페이서(64)는 제1보호막(63)의 측벽에도 형성된다. 필라스페이서(64)는 질화막을 증착한 후 에치백하여 형성한다. 필라스페이서(64)는 실리콘질화막을 포함한다.In order to prevent damage to the sidewall of the head pillar 62A, the pillar spacer 64 may be formed on the sidewall of the head pillar 62A, and then an etching process for forming the neck pillar 62B may be performed. The pillar spacers 64 are also formed on the sidewalls of the first passivation layer 63. The pillar spacer 64 is formed by etching back the nitride film. The pillar spacer 64 includes a silicon nitride film.

제1보호막(63)은 실리콘질화막(Si3N4)으로 형성할 수 있으며, 그 두께는 2000Å으로 할 수 있다. 한편, 도시하지 않았지만, 제1보호막(63)과 헤드필라(62A) 사이에는 제1보호막(63)에 의해 초래되는 응력(Stress)을 완화시키기 위해 버퍼막(Buffer layer)이 더 구비될 수 있다. 버퍼막은 실리콘산화막(SiO2)을 포함한다.The first protective film 63 may be formed of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), and may have a thickness of 2000 GPa. Although not shown, a buffer layer may be further provided between the first passivation layer 63 and the head pillar 62A to relieve stress caused by the first passivation layer 63. . The buffer film includes a silicon oxide film (SiO 2 ).

도 5b에 도시된 바와 같이, 넥필라(62B)와 기판(61)의 노출된 표면 상에 게이트절연막(65)을 형성한다. 게이트절연막(65)은 실리콘산화막(SiO2)을 포함할 수 있으며, 증착(Deposition) 공정 또는 산화(Oxidation) 공정에 의해 50Å 두께로 형 성될 수 있다. 바람직하게, 산화 공정에 의해 형성하는데, 헤드필라(62A)의 측벽은 필라스페이서(64)에 의해 커버링되어 있으므로 게이트절연막(65)이 형성되지 않는다.As shown in FIG. 5B, a gate insulating film 65 is formed on the exposed surfaces of the neck pillars 62B and the substrate 61. The gate insulating layer 65 may include a silicon oxide layer (SiO 2 ), and may be formed to a thickness of 50 μs by a deposition process or an oxidation process. Preferably, the gate insulating film 65 is not formed because the sidewalls of the head pillars 62A are covered by the pillar spacers 64.

게이트절연막(65)이 형성된 구조의 전면에 도전막(66)을 형성한다. 이때, 도전막(66)은 활성필라(62) 사이를 갭필하도록 전면에 형성한다. 도전막(66)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용하여 증착한 폴리실리콘막을 포함한다. 폴리실리콘막은 인(Ph), 비소(As)와 같은 N형 불순물 또는 붕소(Boron)와 같은 P형 불순물을 포함할 수 있다. 도전막(66)이 추후 수직게이트가 되므로, 트랜지스터의 특성에 따라 불순물을 조절될 수 있다.The conductive film 66 is formed on the entire surface of the structure in which the gate insulating film 65 is formed. At this time, the conductive film 66 is formed on the entire surface so as to gap-fill between the active pillars 62. The conductive film 66 includes a polysilicon film deposited by using chemical vapor deposition (CVD). The polysilicon film may include N-type impurities such as phosphorus (Ph), arsenic (As), or P-type impurities such as boron (Boron). Since the conductive film 66 later becomes a vertical gate, impurities may be adjusted according to the characteristics of the transistor.

도전막(66)을 부분 에치백(Partial etchback)하여 제1보호막(63)의 표면을 노출시킨다. 부분 에치백에 의해 활성필라(62)의 높이만큼만 도전막(66)을 잔류시킬 수도 있다.The conductive layer 66 is partially etched back to expose the surface of the first passivation layer 63. The conductive film 66 may be left only by the height of the active pillar 62 by the partial etch back.

도 5c에 도시된 바와 같이, 수직게이트마스크(VG Mask, 68) 공정을 진행한다. 본 발명은 수직게이트마스크(68) 공정을 진행하기에 앞서 제2보호막(67)을 추가로 형성한다.As shown in FIG. 5C, a vertical gate mask (VG Mask) process 68 is performed. The present invention further forms a second passivation layer 67 before proceeding with the vertical gate mask 68 process.

제2보호막(67)은 후속 트렌치 식각시 높은 선택성을 갖는 물질이다. 제2보호막(67)은 탄소함유막을 포함한다. 제2보호막(67)은 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함한다. 바람직하게, 제2보호막(67)은 탄화물, 탄화질화물 또는 탄화산화물을 포함한다. 더욱 바람직하게, 제2보호막(67)은 SiC, SiCN 또는 SiCO 중 어느 하나를 포함한다. 제2보호막(67)은 100∼500Å 두께로 형성하는데, 이 두 께는 제1보호막(63)보다 상대적으로 얇지만 후속 트렌치 식각시 높은 선택성을 갖는 두께이다.The second passivation layer 67 is a material having high selectivity in subsequent trench etching. The second protective film 67 includes a carbon containing film. The second passivation layer 67 may include a material containing silicon (Si) and carbon. Preferably, the second passivation layer 67 includes carbide, carbide nitride or carbide oxide. More preferably, the second protective film 67 includes any one of SiC, SiCN or SiCO. The second passivation layer 67 is formed to have a thickness of 100 to 500 Å, which is relatively thinner than the first passivation layer 63 but has a high selectivity in subsequent trench etching.

이와 같이 형성된 제2보호막(67) 상에 감광막을 이용하여 수직게이트마스크(68)를 형성한 후에는, 수직게이트마스크(68)를 식각장벽으로 하여 제2보호막(67)을 식각한다. 수직게이트마스크(68)는 평면상으로 볼 때, 원형의 패턴이다. 이는 수직게이트가 넥필라의 측벽을 에워싸는 환형(Surround) 구조이기 때문이다. 수직게이트마스크(68)는 적어도 활성필라(62) 및 필라스페이서(64)를 합한 두께의 직경을 갖는 원형의 패턴일 수 있다. 즉, 수직게이트마스크(68)는 활성필라(62)는 물론 필라스페이서(64)까지 모두 덮는 원형의 패턴이다.After the vertical gate mask 68 is formed on the second protective film 67 formed using the photoresist film, the second protective film 67 is etched using the vertical gate mask 68 as an etch barrier. The vertical gate mask 68 is a circular pattern in plan view. This is because the vertical gate has a round structure surrounding the sidewall of the neck pillar. The vertical gate mask 68 may be a circular pattern having a diameter of at least the sum of the active pillars 62 and the pillar spacers 64. That is, the vertical gate mask 68 is a circular pattern covering not only the active pillar 62 but also the pillar spacer 64.

도 5d에 도시된 바와 같이, 수직게이트마스크(68)를 식각장벽으로 하여 도전막(66)을 식각하여 활성필라(62)의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트(69)를 형성한다.As shown in FIG. 5D, the conductive layer 66 is etched using the vertical gate mask 68 as an etch barrier to form a vertical gate 69 that surrounds the recessed sidewall of the active pillar 62.

수직게이트(69) 형성 도중에 수직게이트마스크(68)로 사용된 감광막은 잔류하지 않을 수도 있다. 그렇다 하더라도 제2보호막(67)은 높은 선택성을 가져 일정 두께를 갖고 잔류한다.The photoresist used as the vertical gate mask 68 may not remain during the vertical gate 69 formation. Even so, the second protective film 67 has high selectivity and remains with a certain thickness.

도 5e에 도시된 바와 같이, 기판(61)에 이온주입을 진행하여 매립형비트라인으로 사용될 불순물영역(70)을 형성한다. 불순물영역(70)은 트랜지스터의 소스(또는 드레인) 영역으로도 작용한다. 따라서, 불순물영역(70)은 N형 불순물 또는 P형 불순물이 이온주입될 수 있다. N형 불순물은 인(P) 또는 비소(As)를 포함하고, P형 불순물은 보론(Boron)을 포함한다.As shown in FIG. 5E, ion implantation is performed on the substrate 61 to form an impurity region 70 to be used as a buried bit line. The impurity region 70 also acts as a source (or drain) region of the transistor. Therefore, the impurity region 70 may be ion implanted with N-type impurities or P-type impurities. N-type impurities include phosphorus (P) or arsenic (As), and P-type impurities include boron.

도 5f에 도시된 바와 같이, 전면에 희생막(71)을 형성한다. 희생막(71)은 질화막을 포함하며, 150∼700Å 두께로 증착한다. 희생막(71)은 Y-Y' 방향에서는 활성필라(62) 사이를 채우면서 제1보호막(63) 상부를 덮는 형태가 된다. X-X' 방향에서는 활성필라(62) 사이의 간격이 넓기 때문에 활성필라 사이를 채우지 않는다. Y-Y' 방향에서 활성필라 사이의 간격이 좁기 때문에 희생막(71)이 활성필라 사이를 채우는 형태가 된다.As shown in FIG. 5F, a sacrificial layer 71 is formed on the entire surface. The sacrificial film 71 includes a nitride film and is deposited to a thickness of 150 to 700 Å. The sacrificial layer 71 covers the upper portion of the first passivation layer 63 while filling the active pillars 62 in the Y-Y 'direction. In the X-X 'direction, the gap between the active pillars 62 is wide so as not to fill the gaps between the active pillars. Since the gap between the active pillars in the Y-Y 'direction is narrow, the sacrificial layer 71 fills the gaps between the active pillars.

도 5g에 도시된 바와 같이, 매립형 비트라인(70A, 70B)을 형성하기 위한 트렌치(72) 공정을 진행한다.As shown in FIG. 5G, a trench 72 process is performed to form buried bit lines 70A and 70B.

제3실시예는 트렌치 공정을 위한 마스크(종래 BBL 마스크) 공정을 생략하고, 블랭킷식각(Blanket etch) 방법으로 트렌치(72)를 형성한다. 이때, 제2보호막(67)이 식각장벽 역할을 한다. 바람직하게는, 제2보호막(67)과 기판(61)의 높은 선택비를 이용하여 식각한다. 즉, 제2보호막(67)으로 사용된 탄소함유막은 실리콘기판인 기판(61)을 식각할때 높은 선택성을 갖는다. 따라서, 기판(61)을 식각하여 트렌치(72)를 형성할 때 식각장벽 역할을 한다.The third embodiment omits the mask (formerly BBL mask) process for the trench process and forms the trench 72 by the blanket etch method. In this case, the second passivation layer 67 serves as an etching barrier. Preferably, etching is performed using a high selectivity ratio between the second protective film 67 and the substrate 61. That is, the carbon-containing film used as the second protective film 67 has a high selectivity when etching the substrate 61 which is a silicon substrate. Thus, when the substrate 61 is etched to form the trench 72, the substrate 61 serves as an etching barrier.

구체적으로 살펴보면, 블랭킷식각에 의해 기판(61) 표면의 희생막(71)이 식각되고, 이후 노출되는 기판(61)을 일정 깊이로 식각하여 트렌치(72)를 형성한다. 블랭킷식각은 직진성의 식각이므로 X-X' 방향에서는 제1보호막 상부면과 기판(61) 표면의 희생막이 모두 식각되고 활성필라 및 제1보호막의 측벽에만 희생막(71A)이 잔류한다. 반면에, Y-Y' 방향에서는 희생막(71B)이 활성필라 사이를 갭필하는 형태로 잔류한다. 이는 Y-Y' 방향에서는 활성필라 사이에 희생막이 두껍게 매립되어 있 기 때문에 희생막의 식각량이 적기 때문이다. 따라서 Y-Y' 방향에서는 트렌치(72)가 형성되지 않는다. In detail, the sacrificial layer 71 on the surface of the substrate 61 is etched by the blanket etching, and then the exposed substrate 61 is etched to a predetermined depth to form the trench 72. Since the blanket etching is a straight etching, both the sacrificial film on the upper surface of the first passivation layer and the surface of the substrate 61 are etched in the X-X 'direction, and the sacrificial layer 71A remains only on the sidewalls of the active pillar and the first passivation layer. On the other hand, in the Y-Y 'direction, the sacrificial film 71B remains in the form of gap filling between the active pillars. This is because in the Y-Y 'direction, the sacrificial layer is thickly interposed between the active pillars, so the etching amount of the sacrificial layer is small. Therefore, the trench 72 is not formed in the Y-Y 'direction.

따라서 Y-Y' 방향에서는 트렌치(72)가 형성되지 않는다. 희생막패턴(71A, 71B)은 활성필라들의 측벽을 모두 에워싸는 부분 메시(Mesh) 구조가 된다.Therefore, the trench 72 is not formed in the Y-Y 'direction. The sacrificial layer patterns 71A and 71B have a partial mesh structure surrounding all sidewalls of the active pillars.

X-X' 방향에서는 희생막패턴(71A)에 의해 기판(61)이 자기정렬식각(Self Aligned Etch)이 진행되어 트렌치(72)가 되고, Y-Y' 방향에서는 희생막패턴(71B)에 의해 식각이 방지된다. 희생막패턴(71A, 71B)은 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 형태이다.In the XX 'direction, the self-aligned etching of the substrate 61 proceeds to form the trench 72 by the sacrificial film pattern 71A, and the etching is prevented by the sacrificial film pattern 71B in the YY' direction. do. The sacrificial layer patterns 71A and 71B cover sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate.

상술한 바에 따르면, 트렌치(72)를 형성하기 위한 식각공정은 별도의 마스크를 사용하지 않는 블랭킷식각이면서 제2보호막(67)과 희생막패턴(71A, 71B)에 자기정렬되어 기판(61)이 식각되는 자기정렬식각 방식이다.As described above, the etching process for forming the trench 72 is a blanket etching without using a separate mask and is self-aligned with the second passivation layer 67 and the sacrificial layer patterns 71A and 71B so that the substrate 61 may be formed. It is a self-aligned etching method that is etched.

트렌치(72)에 의해 불순물영역(70)은 매립형비트라인(70A, 70B)이 되고, 이웃하는 매립형비트라인(70A, 70B)은 트렌치(72)에 의해 서로 분리된다. 트렌치(72)는 매립형비트라인(70A, 70B)보다 더 깊게 형성하여 이웃하는 매립형비트라인 사이를 분리시킨다.The trench 72 forms the impurity regions 70 as buried bit lines 70A and 70B, and the adjacent buried bit lines 70A and 70B are separated from each other by the trench 72. The trench 72 is formed deeper than the buried bit lines 70A and 70B to separate between neighboring buried bit lines.

도 5h에 도시된 바와 같이, 남아있는 희생막(71A, 71B)을 제거한 후, 제2보호막(67)을 제거한다. 제2보호막(67)과 희생막(71A, 71B)은 플라즈마 스트립(Plasma strip)을 통해 제거한다.As shown in FIG. 5H, after the remaining sacrificial films 71A and 71B are removed, the second protective film 67 is removed. The second passivation layer 67 and the sacrificial layers 71A and 71B are removed through a plasma strip.

제2보호막(67)이 탄소성분을 함유하고 있으므로, 산소플라즈마를 이용한 스 트립을 통해 제거한다. 희생막(71A, 71B)은 질화막이므로, CF4 플라즈마를 이용한 스트립을 통해 제거한다. 희생막(71A, 71B) 제거시에 필라스페이서(64)도 일부 제거될 수 있다.Since the second protective film 67 contains a carbon component, the second protective film 67 is removed through a strip using oxygen plasma. Since the sacrificial films 71A and 71B are nitride films, the sacrificial films 71A and 71B are removed through a strip using CF 4 plasma. When removing the sacrificial layers 71A and 71B, the pillar spacers 64 may be partially removed.

도 6은 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 트렌치 공정후의 결과를 도시한 평면도이다.6 is a plan view illustrating a result after the trench process according to the first to third embodiments of the present invention.

도 6을 참조하면, 트렌치(29, 51, 72) 형성시에 활성필라(22, 42, 62)의 측벽에 부분 메시 구조의 희생막패턴은 활성필라의 측벽을 에워싸는 부분(29A, 50A, 71A)과 활성필라 사이에 매립된 부분(29B, 50B, 71B)을 포함한다. 이와 같은 희생막패턴에 의해 자기정렬방식으로 식각이 진행된다.Referring to FIG. 6, when the trenches 29, 51, and 72 are formed, the sacrificial layer pattern of the partial mesh structure on the sidewalls of the active pillars 22, 42, and 62 may surround the sidewalls of the active pillars 29A, 50A, and 71A. And embedded portions 29B, 50B, 71B between the active pillars. By the sacrificial layer pattern, etching is performed in a self-aligning manner.

상술한 제1실시예 내지 제3실시예에 도시된 반도체장치는 4.8F2(F:minimum feature size)의 셀아키텍쳐(cell architecture))를 갖는다. 따라서, 단위셀이 4.8F2의 면적을 갖고 형성되며, 이 면적 내에 단위셀을 구성하는 트랜지스터, 비트라인 및 워드라인이 위치한다. 4.8F2의 셀아키텍쳐는 8F2 또는 6F2 셀아키텍쳐보다 동일 스케일링에서 집적도를 1.5∼2 배 향상시킬 수 있다.The semiconductor device shown in the first to third embodiments described above has a cell architecture (minimum feature size) of 4.8F 2 . Therefore, the unit cell is formed to have an area of 4.8F 2 , and the transistors, bit lines, and word lines constituting the unit cell are located within this area. The 4.8F 2 cell architecture can achieve 1.5 to 2 times greater integration at the same scaling than the 8F 2 or 6F 2 cell architecture.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, 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.

도 1a는 종래기술에 따른 수직게이트를 구비한 반도체 장치의 사시도.1A is a perspective view of a semiconductor device having a vertical gate according to the prior art.

도 1b는 도 1a의 X-X' 방향에 따른 단면도.FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of FIG. 1A;

도 1c는 종래기술에 따른 BBL 마스크의 평면도.1C is a plan view of a BBL mask according to the prior art.

도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치의 사시도.2A is a perspective view of a semiconductor device having a vertical gate according to a first embodiment of the present invention.

도 2b는 도 2a의 X-X' 방향 및 Y-Y' 방향에 따른 단면도.FIG. 2B is a sectional view taken along the line X-X 'and Y-Y' of FIG. 2A; FIG.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical gate according to a first embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제2실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.4A to 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a vertical gate in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 제3실시예에 따른 수직게이트를 구비한 반도체장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.5A through 5H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having vertical gates in accordance with a third embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 트렌치 공정후의 결과를 도시한 평면도.6 is a plan view showing the result after the trench process according to the first to third embodiments of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

41 : 기판 42 : 활성필라41 substrate 42 active pillar

43 : 제1보호막 44 : 제2보호막43: first protective film 44: second protective film

45 : 필라스페이서 46 : 게이트절연막45: pillar spacer 46: gate insulating film

48 : 수직게이트 49A, 49B : 매립형비트라인48: vertical gate 49A, 49B: buried bit line

51 : 트렌치51: trench

Claims (18)

기판 상에 리세스된 측벽을 갖는 복수의 활성필라를 형성하는 단계;Forming a plurality of active pillars having recessed sidewalls on the substrate; 상기 활성필라를 포함한 전면에 도전막을 형성하는 단계;Forming a conductive film on the entire surface including the active pillars; 탄소성분이 함유된 보호막을 식각장벽으로 상기 도전막을 식각하여 상기 활성필라의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트를 형성하는 단계;Etching the conductive layer using the protective film containing the carbon component as an etch barrier to form a vertical gate surrounding the recessed sidewall of the active pillar; 상기 기판에 이온주입을 통해 매립형비트라인을 형성하는 단계;Forming a buried bit line through ion implantation in the substrate; 상기 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 희생막패턴을 형성하는 단계; 및Forming a sacrificial layer pattern covering sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate; And 상기 활성필라 측벽의 희생막패턴에 자기정렬되도록 상기 기판을 식각하여 상기 매립형비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계Etching the substrate to self-align the sacrificial layer pattern on the sidewall of the active pillar to form a trench separating the buried bit line 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치 형성을 위한 기판의 식각은, 블랭킷 식각(Blanket etch)으로 진행하는 반도체장치 제조 방법.The etching of the substrate for forming the trench, the semiconductor device manufacturing method proceeds by blanket etching (Blanket etch). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보호막은, 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The protective film is a semiconductor device manufacturing method comprising a material containing silicon (Si) and carbon (Carbon). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보호막은, SiC, SiCN 또는 SiCO 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The protective film is a semiconductor device manufacturing method comprising any one selected from SiC, SiCN or SiCO. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보호막은 탄화물, 탄화질화물 또는 탄화산화물 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The passivation layer includes any one selected from carbides, carbides, and carbide oxides. 제1에 있어서,According to the first, 상기 희생막패턴은 질화막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The sacrificial layer pattern includes a nitride layer. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 희생막패턴은, 150∼300Å 두께로 형성하는 반도체장치 제조 방법.And the sacrificial film pattern is formed to a thickness of 150 to 300 GPa. 제1에 있어서,According to the first, 상기 복수의 활성필라를 형성하는 단계는,Forming the plurality of active pillars, 적어도 질화막을 식각장벽으로 상기 기판을 식각하여 형성하는 반도체장치 제조 방법.And forming the substrate by etching the substrate with at least a nitride film as an etch barrier. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 활성필라는 제1방향에서는 이웃한 활성필라간 간격이 좁고, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향에서는 이웃한 활성필라간 간격이 넓은 반도체장치제조 방법.The method of claim 1, wherein the plurality of active pillars has a narrow gap between adjacent active pillars in a first direction, and a large gap between adjacent active pillars in a second direction crossing the first direction. 적어도 탄소성분이 함유된 보호막을 식각장벽으로 기판을 식각하여 리세스된 측벽을 갖는 복수의 활성필라를 형성하는 단계;Forming a plurality of active pillars having recessed sidewalls by etching the substrate using at least a protective film containing a carbon component as an etch barrier; 상기 활성필라의 리세스된 측벽을 에워싸는 수직게이트를 형성하는 단계;Forming a vertical gate surrounding the recessed sidewall of the active pillar; 상기 기판에 매립형비트라인을 형성하는 단계;Forming a buried bit line in the substrate; 상기 활성필라, 보호막 및 수직게이트의 측벽을 덮는 희생막패턴을 형성하는 단계; 및Forming a sacrificial layer pattern covering sidewalls of the active pillar, the passivation layer, and the vertical gate; And 상기 활성필라 측벽의 희생막패턴에 자기정렬되도록 상기 기판을 식각하여 상기 매립형비트라인을 분리시키는 트렌치를 형성하는 단계Etching the substrate to self-align the sacrificial layer pattern on the sidewall of the active pillar to form a trench separating the buried bit line 를 포함하는 반도체장치 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method comprising a. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 트렌치 형성을 위한 기판의 식각은, 블랭킷 식각(Blanket etch)으로 진행하는 반도체장치 제조 방법.The etching of the substrate for forming the trench, the semiconductor device manufacturing method proceeds by blanket etching (Blanket etch). 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 보호막은 질화막과 탄소함유막의 적층구조로 형성하는 반도체장치 제조 방법.And the protective film is formed in a stacked structure of a nitride film and a carbon containing film. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 탄소함유막은 실리콘(Si)과 탄소(Carbon)가 함유된 물질을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The carbon-containing film is a semiconductor device manufacturing method comprising a material containing silicon (Si) and carbon (Carbon). 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 탄소함유막은, SiC, SiCN 또는 SiCO 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.The carbon-containing film is a semiconductor device manufacturing method comprising any one selected from SiC, SiCN or SiCO. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 탄소함유막은 탄화물, 탄화질화물 또는 탄화산화물 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 반도체장치 제조 방법.And the carbon-containing film includes any one selected from carbide, carbide nitride and carbide oxide. 제10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 희생막패턴은 질화막을 포함하는 반도체장치 제조 방법.The sacrificial layer pattern includes a nitride layer. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 희생막패턴은, 150∼300Å 두께로 형성하는 반도체장치 제조 방법.And the sacrificial film pattern is formed to a thickness of 150 to 300 GPa. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 복수의 활성필라는 제1방향에서는 이웃한 활성필라간 간격이 좁고, 상 기 제1방향과 교차하는 제2방향에서는 이웃한 활성필라간 간격이 넓은 반도체장치제조 방법.The method of claim 1, wherein the plurality of active pillars has a narrow gap between adjacent active pillars in a first direction, and a large gap between adjacent active pillars in a second direction crossing the first direction.
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US8546218B2 (en) 2010-12-17 2013-10-01 Hynix Semiconductor Inc. Method for fabricating semiconductor device with buried word line

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