半導体装置およびその製造方法
【課題】本発明は、高速動作を具現することができる埋込型ビットラインを備える半導体装置、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】このための本発明の半導体装置は、トレンチを備える基板と、前記基板内に形成され前記トレンチ側壁に接する金属シリサイド膜と前記トレンチ側壁に形成され前記金属シリサイド膜と接する金属性膜からなる埋込型ビットラインとを備えており、上述した本発明によれば、金属シリサイド膜と金属性膜からなる埋込型ビットラインを提供することによって、従来のシリコン配線形態の埋込型ビットラインに比べて、その抵抗値を顕著に減少させることができるという効果がある。
【解決手段】このための本発明の半導体装置は、トレンチを備える基板と、前記基板内に形成され前記トレンチ側壁に接する金属シリサイド膜と前記トレンチ側壁に形成され前記金属シリサイド膜と接する金属性膜からなる埋込型ビットラインとを備えており、上述した本発明によれば、金属シリサイド膜と金属性膜からなる埋込型ビットラインを提供することによって、従来のシリコン配線形態の埋込型ビットラインに比べて、その抵抗値を顕著に減少させることができるという効果がある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体装置の製造技術に関するもので、特に埋込型ビットライン(Buride Bitline)を備える半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
最近、集積度向上のために40nm以下級のDRAM装置が開発されているが、8F2(F:minimum feature size)または6F2セルアーキテクチャ(cell architecture)形態で使用するプレーナ(Planar)またはリセスドゲートトランジスタ(Recessed Gate Taransistor)の場合には40nm以下でスケーリング(scaling)するのがかなり難しいという問題がある。したがって同一スケーリングにおいて、集積度を1.5〜2倍向上させることができる4F2セルアーキテクチャを有するDRAM装置が要求されており、それにともない垂直チャネルトランジスタ(Vertical channel transistor)が提案された。
【0003】
垂直チャネルトランジスタは、半導体基板上で、垂直に延長された活性ピラー(Active pillar)の周囲を囲む環状ゲート電極(annular gate electrode)を形成し、ゲート電極を中心にして、ピラーの上部と下部に各々ソース領域とドレイン領域を形成することによってチャネルが垂直に形成されるトランジスタである。そのため、トランジスタの面積を減少させてもチャネル長に束縛を受けない。
【0004】
図1Aおよび図1Bは従来技術による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図面で、図1Aは断面図、図1Bは平面図である。
【0005】
図1Aおよび図1Bを参照すれば、基板11上にボディピラー12、ヘッドピラー13、バッファ膜パターン14、ハードマスク膜パターン15およびキャッピング膜16を備える複数のピラー構造物200が形成される。
【0006】
そして、ボディピラー12の外壁をゲート絶縁膜17とゲート電極18が取り囲んでおり、基板11内には不純物のイオン注入によって、ソース領域またはドレイン領域として作用すると同時に埋込型ビットライン19として作用する不純物領域が形成されている。隣接する埋込型ビットライン19を分離させるトレンチ19A内部には層間絶縁膜20が埋込まれている。
【0007】
そして、ワードライン21はゲート電極18に連結されつつ、埋込型ビットライン19と交差する方向で形成されている。
【0008】
しかし、従来技術は、埋込型ビットライン19を基板11、例えば、シリコン基板に不純物をイオン注入して形成するため、埋込型ビットライン19は金属膜でないシリコン配線形態で形成される。したがって、金属膜に比べてシリコン配線の比抵抗値が相対的に大きいため、埋込型ビットライン19の抵抗値が大きくなるという短所が発生する。
【0009】
より詳細に、埋込型ビットライン19に金属膜でない不純物がドープされたシリコンを利用するため、埋込型ビットライン19の抵抗値が大きくなり、これによって埋込型ビットライン19の抵抗値が高くなり、半導体装置の動作速度が低下するという問題が発生する。
【0010】
これを解決するために図1Bのように、埋込型ビットライン19の電流経路(Current path、図面符号「I」)を大きくしなければならないため、埋込型ビットライン19のピッチ(pitch)値を増加させなければならない。しかし、このような場合、単位セル面積(2F×2F=4F2以上)が増加するという問題が発生する。
【0011】
なお、関連する技術としては、例えば、韓国登録特許第10−0734313号公報(特許文献1)に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】韓国登録特許第10−0734313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は前記した従来技術の問題を解決するために提案されたもので、その目的は、高速動作を具現できる埋込型ビットラインを備える半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記目的を達成するための一側面による本発明の半導体装置は、トレンチを備える基板と、前記基板内に形成され前記トレンチ側壁に接する金属シリサイド膜と前記トレンチ側壁に形成され前記金属シリサイド膜と接する金属性膜からなる埋込型ビットラインを備える。
【0015】
前記目的を達成するための一側面による本発明の半導体装置の製造方法は、基板内に金属シリサイド膜を形成するステップと、前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを形成するものの、前記金属シリサイド膜が前記第1トレンチ側壁に接するように形成するステップと、前記第1トレンチ側壁に前記金属シリサイド膜と接する金属性膜を形成し、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップとを含む。
【0016】
前記目的を達成するための他の一側面による本発明の半導体装置の製造方法は、前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを形成するステップと、前記第1トレンチ側壁に金属性膜を形成するステップと、熱処理を行い前記金属性膜と接する前記基板内に金属シリサイド膜を形成して、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップとを含む。
【発明の効果】
【0017】
上述した課題解決手段に基づく本発明は、金属シリサイド膜と金属性膜からなる埋込型ビットラインを提供することによって、従来のシリコン配線形態の埋込型ビットラインに比べて、その抵抗値を顕著に減少させることができるという効果がある。
【0018】
これによって、本発明は、半導体装置の高速動作を具現することができ、さらに埋込型ビットラインのピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができるという効果がある。
【0019】
また、金属性膜を用いて金属シリサイド膜を形成することによって、埋込型ビットラインの製造工程を単純化させ、半導体装置の生産性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】従来技術による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図1B】従来技術による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図2A】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図2B】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図2C】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図3A】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3B】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3C】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3D】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3E】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3F】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3G】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3H】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4A】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4B】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4C】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4D】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4E】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4F】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の最も好ましい実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【0022】
後述する本発明は、高速動作を具現することができる埋込型ビットラインを備える半導体装置およびその製造方法を提供する。このために本発明は、埋込型ビットラインが金属シリサイド膜と金属性膜からなることを特徴とする。
【0023】
図2Aないし図2Cは、本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図で、図2Aは斜視図、図2Bは平面図、図2Cは図2Bに図示されたX−X’切取線およびY−Y’切取線に沿って図示した断面図である。
【0024】
図2Aないし図2Cに図示したように、基板100(例えば、シリコン基板)上にマトリックス形態で所定間隔離隔され、基板100に垂直方向に延長された複数のピラー構造物201が形成される。図2Cに図示されたように、各ピラー構造物201は、活性ピラー(Active Pillar)102、バッファ膜パターン103、ハードマスク膜パターン104、およびキャッピング膜105を備えることができる。活性ピラー102は、ヘッドピラー(Head Pillar)102Aとボディピラー(Body Pillar)102Bからなるジャータイプ(jar type)またはロッドタイプ(rod type)であり得る。この時、ジャータイプの活性ピラー102は、埋込型ビットライン111製造工程の側面で工程マージン確保が容易だという長所がある。それ以外のバッファ膜パターン103、ハードマスク膜パターン104、及びキャッピング膜105は、本発明の半導体装置の製造方法で詳しく説明することにする。
【0025】
活性ピラー102の表面において、ゲート絶縁膜106およびゲート絶縁膜106上で活性ピラー102の外壁を囲むゲート電極107が形成される。そして、Y−Y’方向、すなわち、埋込型ビットライン111と交差する方向でゲート電極107間を連結するワードライン115が配置される。ゲート絶縁膜106は、酸化膜、例えば、シリコン酸化膜(SiO2)で形成することができる。ゲート電極107は、ポリシリコン膜または金属性膜を備えることができ、ワードライン115は、金属性膜を備えることができる。ここで、ワードライン115は、タングステンシリサイド膜(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)、タングステン膜(W)、アルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、金膜(Au)およびルテニウム膜(Ru)からなるグループから選択された何れかの1つを備えることができる。そして、ゲート電極107とワードライン115との間に形成された障壁金属膜(図示せず)をさらに備えることができる。障壁金属膜は、チタニウム窒化膜(TiN)、タンタル炭素窒化膜(TaCN)、タンタル炭素膜(TaC)、タングステン窒化膜(WN)、タングステンシリコン窒化膜(WSiN)、タンタル窒化膜(TaN)、チタニウム(Ti)およびタングステンシリサイド膜(WSi)からなるグループから選択された少なくとも何れか1つを備えることができる。
【0026】
活性ピラー102間の基板100内には不純物領域108が形成される。
不純物領域108は、基板100に不純物をイオン注入して形成することができ、垂直チャネルトランジスタのソース領域・ドレイン領域として作用する。この時、不純物領域108は、ソース領域・ドレイン領域として作用すると同時に、埋込型ビットライン111の一部として作用する。
【0027】
埋込型ビットライン111は、基板100に形成されたトレンチ112を有しており、トレンチ112の側壁に接する金属シリサイド膜109と、トレンチ112の側壁に形成された金属シリサイド膜109と接する金属性膜110とを備える。この時、金属性膜110は、金属シリサイド膜109にのみ接してもよく、または金属シリサイド膜109と不純物領域108の両方に接することもできる。
【0028】
埋込型ビットライン111の金属シリサイド膜および金属性膜109,110は、従来のシリコン配線形態で形成された時より埋込型ビットライン111の抵抗値を減少させるために基板100または不純物領域108より比抵抗が低い物質で形成することが望ましい。
【0029】
埋込型ビットライン111の金属シリサイド膜109としては、チタニウムシルリサイド膜(TiSi)、タンタルシリサイド膜(TaSi)、コバルトシリサイド膜(CoSi)、ニッケルシリサイド膜(NiSi)およびタングステンシリサイド膜(WSi)からなるグループから選択された何れかの1つを使用することができる。この時、埋込型ビットライン111の一部として金属シリサイド膜109を使用する理由は、不純物領域108、すなわち、不純物がドープされたシリコンより金属シリサイド膜の抵抗値が小さく、シリコン(すなわち、不純物領域108)と金属シリサイド膜からなる金属シリサイド膜109との間にオーミックコンタクト(ohmic contact)を形成して、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0030】
埋込型ビットライン111の金属性膜110は、金属膜または金属窒化膜からなる単一膜や、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成することができる。この時、金属性膜110を単一膜(金属膜または金属窒化膜)で形成するのに比べて、積層膜(金属膜/金属窒化膜)で形成するのが好ましい。これは、金属性膜110を積層膜で形成する場合には、金属シリサイド膜109形成工程を単純化させることができ、金属膜が不純物領域108と金属窒化膜との間の電位障壁を段階的に減少させる役割を果たし、これらの間のコンタクト抵抗をより効果的に減少させることができるためである。
【0031】
埋込型ビットライン111の金属性膜110を構成する金属膜および金属窒化膜は、各々、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つの金属元素を含むことができる。ここで、金属性膜110を上述した金属元素を含むように形成する理由は、金属シリサイド膜109と不純物領域108との間でオーミックコンタクトを形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0032】
埋込型ビットライン111と基板100との間のショートを防止するために、金属シリサイド膜109(または、金属シリサイド膜109と不純物領域108)が金属性膜110と接する領域を除いたトレンチ112表面と、金属性膜110との間に、分離膜120が介在する。分離膜120は、絶縁膜で形成することができ、基板100と金属性膜110との間を電気的に分離させる役割を果たす。通常、基板100、例えば、シリコン基板と金属性膜110との間にはショットキー接合(schottky junction)が形成されるため、分離膜120を形成しない場合、金属性膜110から基板100への電流の流れが容易で、半導体装置の動作特性を劣化させる問題を誘発する。
【0033】
基板100内に形成されたトレンチ112が、隣接した埋込型ビットライン111間を分離させる役割を果たすため、金属シリサイド膜109は、トレンチ112の一側の側面にのみ接する構造であってもよく、または図2Cに図示したように金属シリサイド膜109がトレンチ112の両側壁に接する構造でなすこともできる。
【0034】
金属シリサイド膜109がトレンチ112の両側壁に接する構造の場合に、隣接した不純物領域108および埋込型ビットライン111を分離するトレンチ112は、不純物領域108、および埋込型ビットライン111の金属シリサイド膜109を貫通する第1トレンチ112Aと、第1トレンチ112Aの下で第1トレンチ112Aより小さい線幅を有し、埋込型ビットライン111の金属性膜110を分離する第2トレンチ112Bと、を備えることができる。この時、埋込型ビットライン111の金属性膜110間を効果的に分離するために埋込型ビットライン111の金属性膜110は、第1トレンチ112Aの両側壁に位置するのが好ましい。
【0035】
このように、本発明は、不純物領域108に加えて金属シリサイド膜および金属性膜109、110からなる埋込型ビットライン111を備えることによって、埋込型ビットライン111の抵抗値を顕著に減少させることができ、これによって半導体装置の高速動作を具現することができる。さらに、埋込型ビットライン111のピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができる。
【0036】
また、埋込型ビットライン111の金属性膜110を分離する第2トレンチ112Bを備えることによって、隣接した埋込型ビットライン111間の絶縁特性をより効果的に向上させることができる。
【0037】
図3Aないし図3Hは、本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を、図2Bに図示されたX−X’切取線およびY−Y’切取線に沿って図示した工程断面図である。
【0038】
図3Aに図示したように、基板31、例えば、シリコン基板31上にマトリックス形態で所定間隔離隔されて基板31の垂直方向に延長された活性ピラー35を備えるピラー構造物202を複数個形成する。活性ピラー35は、図に示されたように、ヘッドピラー35A(Head Pillar)とボディピラー35B(Body pillar)からなるジャータイプ(jar type)で形成したり、またはロッドタイプ(rod type)で形成することができる。この時、後続の埋込型ビットライン(Buried Bitline)形成工程時に工程マージン確保の側面で活性ピラー35をロッドタイプよりジャータイプで形成することがより有利である。
【0039】
以下、ヘッドピラー35Aとボディピラー35Bからなる活性ピラー35の形成工程に対して具体的に説明する。
【0040】
基板31上にバッファ膜パターン32とハードマスク膜パターン33を順次に形成する。バッファ膜パターン32はシリコン酸化膜(SiO2)であって、熱酸化方式で形成することができ、50〜150Åの厚さで形成することができる。ハードマスク膜パターン33は、シリコン窒化膜(Si3N4)または炭化シリコン膜(SiC)で形成することができ、その厚さは2000Åにすることができる。バッファ膜パターン32とハードマスク膜パターン33は、感光膜パターン(図示せず)を用いたエッチングによって形成することができる。
【0041】
次に、ハードマスク膜パターン33をエッチング障壁(etch barrier)として基板31を一定深さ(1100Å)エッチングする1次エッチング(以下「1次ピラーエッチング」という)を行う。このような1次ピラーエッチングによって活性領域として機能するヘッドピラー35Aが形成される。好ましくは、ヘッドピラー35A形成のための基板31のエッチングは、異方性(Anisotropic)ドライエッチングであり、Cl2またはHBrガスを単独で使用し、またはCl2とHBrガスの混合ガスを利用してエッチングする。
【0042】
次に、全面にキャッピング膜34(Capping layer)を形成する。この時、キャッピング膜34は、窒化膜を単独で蒸着し、または酸化膜と窒化膜を順次蒸着することで形成できる。酸化膜は、シリコン酸化膜(SiO2)でなすことができ、窒化膜は、シリコン窒化膜(Si3N4)でなすことができる。続いて、直進性の(方向性、指向性)エッチング工程、例えばエッチバック(Etchback)を行い、ヘッドピラー35Aの側壁にキャッピング膜34を残留させ、ヘッドピラー35A間の基板31表面を露出させる。ここで、直進性のエッチング工程によって、キャッピング膜34は、ハードマスク膜パターン33とバッファ膜パターン32の側壁にも残留する。上述したキャッピング膜34は、ヘッドピラー35Aの側壁を後続の工程から保護する役割を果たすが、厚さは50〜100Åにすることができる。
【0043】
次に、1次ピラーエッチング後に、キャッピング膜34およびハードマスク膜パターン33をエッチング障壁として基板31を一定深さ(2000Å)で、追加エッチングする2次ピラーエッチングを行う。この時、2次ピラーエッチングは、直進性エッチングを用い、これによってヘッドピラー35Aの下にボディピラー(Body pillar)35Bが形成される。ボディピラー35Bは、1次ピラーエッチング時のヘッドピラー35Aよりその高さがさらに高くてもよい。好ましくは、ボディピラー35B形成のための2次ピラーエッチングは、異方性ドライエッチングであり、Cl2またはHBrガスを単独で使用し、またはCl2とHBrガスの混合ガスを利用してエッチングする。
【0044】
次に、ボディピラー35Bの側壁を等方性エッチングする3次ピラーエッチングを行う。この時、等方性エッチングを適用する3次ピラーエッチングは、湿式エッチング(Wet etch)または化学的ドライエッチング(Chemical Dry Etch:CDE)方式を利用する。このような等方性エッチング工程をピラートリミング(Phillar Trimming)工程といい、等方性エッチングが行われる部分は、ボディピラー35Bの露出した側壁のみで150Å程度行われ、キャッピング膜34によってカバーリング(Covering)されているヘッドピラー35Aは、エッチングされない。
【0045】
したがって、等方性エッチングまで行ったボディピラー35Bとボディピラー35B上部のヘッドピラー35AはT型ピラー構造になり、ボディピラー35Bは後続のゲート電極が取り囲む部分であり、キャッピング膜34によってカバーリングされたヘッドピラー35Aは後続のストレージノードが垂直に連結する部分である。
【0046】
上述したような一連のエッチング工程によって、基板31上にヘッドピラー35Aとボディピラー35Bからなる活性ピラー35、キャッピング膜34、バッファ膜パターン32およびハードマスク膜パターン33を備える複数のピラー構造物202を形成することができる。
【0047】
図3Bに図示したように、基板31とボディピラー35Bの露出した表面上にゲート絶縁膜36を形成する。ゲート絶縁膜36は、酸化膜、例えば、シリコン酸化膜で形成することができる。ゲート絶縁膜36は、蒸着工程または酸化工程によって50Å厚さで形成することができる。
【0048】
次に、ゲート絶縁膜36が形成されたボディピラー35B側壁を囲むゲート電極37を形成する。ゲート電極37は全面に導電層を蒸着した後、活性ピラー35間の基板31上部のゲート絶縁膜36が露出するまでエッチバック(Etchback)して得られる。ゲート電極37では、N型不純物がドープされたポリシリコン膜またはP型不純物がドープされたポリシリコン膜を用いることができる。また、ゲート電極37は、シリコンゲルマニウム膜(SiGe)またはタングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)等の金属含有膜が使用され得る。
【0049】
次に、活性ピラー35間の基板31に不純物をイオン注入し、基板31内に不純物領域38を形成する。この時、不純物領域38はソース領域・ドレイン領域として作用する。また、不純物領域38はソース領域・ドレイン領域として作用すると同時に埋込型ビットラインの一部としても作用する。ここで、不純物としては、リン(P)またはヒ素(As)のようなN型不純物またはホウ素(B)のようなP型不純物を使用することができる。
【0050】
図3Cに図示したように、ピラー構造物202の側壁に保護膜39を形成する。この時、保護膜39は、後続の埋込型ビットラインの金属シリサイド膜形成工程時、既に形成されたピラー構造物202が損傷するのを防止する役割を果たす。
【0051】
保護膜39は、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜(oxynitride)および炭素含有膜からなるグループから選択された何れかの1つ、またはこれらが積層された積層膜で形成することができる。この時、保護膜39は、既に形成された構造物についてエッチング選択比を有し、後続の除去工程が容易な炭素含有膜で形成するのが好ましい。炭素含有膜としては、非晶質炭素膜(Amorphous Carbon Layer、ACL)、炭化シリコン膜(SiC)、ポリマー膜(polymer)等を使用することができる。
【0052】
図3Bに図示したように、ピラー構造物202および保護膜39をエッチング障壁として活性ピラー35間の基板31上に残留するゲート絶縁膜36をエッチングする。つまり、ゲート絶縁膜36を選択的にエッチングし活性ピラー35間の基板31表面、すなわち、不純物領域38の表面を露出させる。
【0053】
次に、保護膜39を含む構造物全面に金属膜40を形成する。この時、金属膜40は、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜を形成するためのもので、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つで形成することができる。
【0054】
次に、熱処理を行い、基板31、例えば、シリコン基板31と金属膜40を反応させて、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41を形成する。埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41は、チタニウムシリサイド(TiSi)、タンタルシリサイド(TaSi)、コバルトシリサイド(CoSi)、ニッケルシリサイド(NiSi)およびタングステンシリサイド(WSi)からなるグループから選択された何れかの1つを含むことができる。この時、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜109を形成する理由は、不純物領域38すなわち、不純物がドープされたシリコンより金属シリサイド膜109の抵抗値が小さく、基板31(具体的に、不純物領域38)と金属シリサイド膜からなる金属シリサイド膜41との間にオーミックコンタクト(ohmic contact)を形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0055】
熱処理は、工程間既形成された構造物に加えられる熱的負担を最小化するために急速熱処理法を使用して行うのが好ましい。
【0056】
上述した工程過程によって形成された基板31内部に不純物領域38と接する埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41を形成することができる。
【0057】
図3Dに図示したように、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41を形成するための熱処理時、反応せずに残留した未反応金属膜40を除去する。この時、未反応金属膜40は、硫酸(H2SO4)と過酸化水素(H2O2)が混合されたSPM(sulfuric peroxide mixture)溶液、または塩酸(HCl)と硝酸(HNO3)が混合された王水(aqua regia)を用いて除去することができる。
【0058】
次に、保護膜39を除去する。例えば、保護膜39を炭素含有膜で形成した場合には酸素プラズマ処理(O2 plasma treatment)を用いて保護膜39を除去することができる。
【0059】
次に、ピラー構造物202間をギャップフィル(Gapfill)(埋め込み)するように全面に第1絶縁膜42を形成する。この時、第1絶縁膜42は、酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れかの1つで形成することができる。好ましくは、第1絶縁膜42としてギャップフィル特性が優秀なBPSG(boron phosphorus silicate glass)膜を使用するのが良い。
【0060】
一方、第1絶縁膜42形成後には表面段差除去のためにハードマスク膜パターン33の表面があらわれるまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)のような平坦化工程を行うことができる。
【0061】
次に、Y−Y’方向で配列されたピラー構造物202間の第1絶縁膜42表面を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第1感光膜パターン43を形成する。この時、第1感光膜パターン43によってX−X’方向で配列されたピラー構造物202の上部は覆われることになる。
【0062】
次に、第1感光膜パターン43をエッチング障壁として第1絶縁膜42、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41、不純物領域38を順次エッチングし、連続して、基板31の一部をエッチングし、第1トレンチ44を形成する。すなわち、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41および不純物領域38を貫通する第1トレンチ44を形成する。以下、第1トレンチ44によって分離された埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41の図面符号を「41A」として、不純物領域38の図面符号を「38A」と変更して表記する。
【0063】
次に、残留する第1感光膜パターン43を除去する。
【0064】
次に、第1トレンチ44の表面一部を覆う分離膜90を形成する。具体的に、金属シリサイド膜41Aと接する第1トレンチ44の側壁を除外した残り、または金属シリサイド膜41Aおよび不純物領域38Aと接する第1トレンチ44の側壁を除外した残りの第1トレンチ44表面を覆うように分離膜90を形成する。分離膜90は、後続の工程によって形成される埋込型ビットラインの金属性膜と基板31との間を電気的に分離させる役割を果たすことで絶縁膜として形成することができる。
【0065】
分離膜90は、第1トレンチ44を含む構造物表面に沿って分離膜用絶縁膜(図示せず)を蒸着し、第1トレンチ44を一部埋込む犠牲膜(図示せず)を蒸着した後、犠牲膜によって露出した分離膜用絶縁膜を除去した後に犠牲膜を除去する一連の工程過程によって形成することができる。
【0066】
図3Eに図示したように、第1トレンチ44を含む構造物全面に埋込型ビットラインの金属性膜を形成するための導電膜45を形成する。導電膜45は、金属膜または金属窒化膜からなる単一膜で形成したり、または金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜(金属/金属窒化膜)で形成することができる。金属膜としてはチタニウム膜(Ti)、タンタル膜(Ta)、コバルト膜(Co)、ニッケル膜(Ni)およびタングステン膜(W)からなるグループから選択された何れかの1つを使用することができ、金属窒化膜としては、チタニウム窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、コバルト窒化膜(CoN)、ニッケル窒化膜(NiN)およびタングステン窒化膜(WN)からなるグループから選択された何れかの1つを使用することができる。
【0067】
ここで、導電膜45を構成する金属膜および金属窒化膜は、各々チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つの金属元素を含んでいる。これは上述した金属元素を含む導電膜が埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41および不純物領域38の間でオーミックコンタクトを形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0068】
次に、第1全面エッチング工程を行い、第1トレンチ44の両側壁およびピラー構造物202の側面の第1絶縁膜42上にだけ導電膜45を残留させる。この時、第1全面エッチング工程は、エッチバック工程を使用して行うことができる。以下、エッチングされた導電膜45の図面符号を「45A」に変更して表記する。
【0069】
ここで、第1全面エッチング工程は、隣接したセル(cell)間で埋込型ビットラインの金属性膜のための導電膜45Aを分離させるためである。
【0070】
図3Fに図示したように、第2全面エッチング工程を行い、第1トレンチ44の下の分離膜90および基板31を一部エッチングして、第2トレンチ46を形成する。この時、第2トレンチ46は、隣接した埋込型ビットラインの金属性膜間をより効果的に分離させるためで、残留する導電膜45Aがエッチング障壁として作用するため、第2トレンチ46は、第1トレンチ44の線幅より小さい線幅を有することができる。
【0071】
第2トレンチ46を形成するための第2全面エッチング工程は、第1全面エッチング工程と同一の方法、すなわち、エッチバック工程を使用して実施することができる。第2全面エッチング工程は、第1全面エッチング工程と同一のチャンバーにおいてインサイチュ(in situ)で行うことができる。
【0072】
図3Gに図示したように、第1および第2トレンチ44、46を埋込む第2絶縁膜47を形成する。第2絶縁膜47は、酸化膜、窒化膜、および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れかの1つで形成することができる。
【0073】
ここで、第2絶縁膜47は、第1および第2トレンチ44、46を埋込み、ピラー構造物202間のギャップを一部埋込むように形成することもできるが、後続の工程によって形成される埋込型ビットラインの金属性膜とゲート電極37の間の寄生キャパシタンスを考慮して、第2絶縁膜47は、第1および第2トレンチ44、46だけを埋込むように形成することが好ましい。すなわち、第2絶縁膜47の上部面が埋込型基板31の上部面と同一平面上に位置することが好ましい。
【0074】
次に、第2絶縁膜47によって露出したピラー構造物202の側面に残留する導電膜45Aを除去する。この時、第1トレンチ44の両側壁に形成された導電膜45Aは第2絶縁膜47によって除去されず残留することになる。ここで、第2絶縁膜47によって第1トレンチ44両側壁に残留する導電膜45Aが、埋込型ビットラインの金属性膜45Bとして作用する(図3H参照)。
【0075】
上述した工程過程によって、第1および第2金属性膜41A、45Bを含む埋込型ビットライン111を形成することができる。
【0076】
図3Hに図示したように、ピラー構造物202間をギャップフィルする第3絶縁膜48を形成した後、Y−Y’方向の第1絶縁膜42および第3絶縁膜48を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第2感光膜パターン50を形成する。この時、第2感光膜パターン50によってX−X’方向ではピラー構造物202の表面だけ露出し、Y−Y’方向ではすべての構造が露出する。
【0077】
次に、第2感光膜パターン50およびピラー構造物202をエッチング障壁として露出しているY−Y’方向に対してドライエッチングを行う。この時、Y−Y’方向ではピラー構造物202間の第1絶縁膜42および第3絶縁膜48がエッチングされ、エッチング深さはゲート電極37の最上部表面より低く制御する。したがって、X−X’方向では第1絶縁膜42がピラー構造物202間に存在し、Y−Y’方向では第1絶縁膜42と第3絶縁膜48がピラー構造物202のゲート電極37の一側の側壁を露出させて残留する。
【0078】
上述した工程過程により、Y−Y’方向ではゲート電極37の外壁上部の部分が露出するワードライン用ダマシンパターン51が形成され、ダマシンパターン(damascene patterns)51はゲート電極37の2/3程度を露出させる。
【0079】
次に、第2感光膜パターン50を除去した後、ダマシンパターン51の一部に埋込まれ、ゲート電極37と電気的に接続されるワードライン49を形成する。この時、ワードライン49は、金属性膜蒸着後リセスエッチング(例えば、エッチバック)して形成し、ワードライン49の高さは、ゲート電極37を露出させない高さになるように調節する。
【0080】
ワードライン49は、タングステンシリサイド膜(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)、タングステン膜(W)、アルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、金(Au)およびルテニウム(Ru)からなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むように形成することが好ましい。そして、ゲート電極37とワードライン49との間に形成された障壁金属膜(図示せず)をさらに備えることができる。障壁金属膜は、TiN、TaCN、TaC、WN、WSiN、TaN、TiおよびWSiからなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むことができる。
【0081】
ワードライン49および障壁金属膜の蒸着方法は、原子層蒸着法(ALD)、物理気相蒸着法(PVD)または化学気相蒸着法(CVD)を用いることができる。
【0082】
このように、本発明は、不純物領域38に加えて金属シリサイド膜および金属性膜41A、45Bからなる埋込型ビットライン111を形成することによって、埋込型ビットライン111の抵抗値を顕著に減少させることができ、これによって半導体装置の高速動作を具現することができる。さらに、埋込型ビットライン111のピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができる。
【0083】
また、埋込型ビットライン111の金属性膜45Bを分離する第2トレンチ46を形成することによって、隣接した埋込型ビットライン111間の絶縁特性をより効果的に向上させることができる。
【0084】
以下、後述する本発明の他の一実施形態による半導体装置の製造方法は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法より埋込型ビットラインを形成するための工程ステップを簡素化させることができる製造方法を提供する。具体的に、本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインは、金属性膜と金属シリサイド膜を同時に形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【0085】
図4Aないし図4Fは、本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を、図2Bに図示されたX−X’切取線およびY−Y’切取線に沿って図示した工程断面図である。ここでは、説明の便宜のために本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法と類似の工程過程に対しては詳しい説明を省略した。
【0086】
図4Aに図示したように、基板61、例えば、シリコン基板61上にマトリックス形態で所定間隔離隔されて基板61の垂直方向に延長されたピラー構造物203を複数個形成する。ピラー構造物203は、ヘッドピラー65Aとボディピラー65Bからなる活性ピラー65、キャッピング膜64、バッファ膜パターン62およびハードマスク膜パターン63を含むことができる。この時、活性ピラー65は、図4Aに図示したように、ヘッドピラー65A(Head Pillar)とボディピラー65B(Body pillar)からなるジャータイプ(jar type)で形成したり、またはロッドタイプ(rod type)で形成することができる。この時、後続の埋込型ビットライン(Buried Bitline)形成工程時、工程マージン確保の側面から活性ピラー65をロッドタイプよりジャータイプで形成することがより有利である。
【0087】
次に、基板61とボディピラー65Bの露出した表面上にゲート絶縁膜66を形成する。ゲート絶縁膜67は、酸化膜、例えば、シリコン酸化膜で形成することができる。ゲート絶縁膜66は、蒸着工程または酸化工程によって、50Åの厚さで形成されることができる。
【0088】
次に、ゲート絶縁膜66が形成されたボディピラー65B側壁を囲むゲート電極67を形成する。ゲート電極67は、全面に導電層を蒸着した後、活性ピラー65間の基板61上部のゲート絶縁膜66が露出するまでエッチバック(Etchback)して得られる。ゲート電極67としては、N型不純物がドープされたポリシリコン膜またはP型不純物がドープされたポリシリコン膜を用いることができる。また、ゲート電極67は、シリコンゲルマニウム膜(SiGe)またはタングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)等の金属含有膜を使用することもできる。
【0089】
次に、活性ピラー65間の基板61に不純物をイオン注入し、基板61内に不純物領域69を形成する。この時、不純物領域69は、ソース領域・ドレイン領域として作用する。また、不純物領域69は、ソース領域・ドレイン領域として作用すると同時に実質的に埋込型ビットラインの一部として作用する。ここで、不純物としては、リン(P)またはヒ素(As)のようなN型不純物またはホウ素(B)のようなP型不純物を使用することができる。
【0090】
図4Bに図示したように、ピラー構造物203間をギャップフィル(Gapfill)するように全面に第1絶縁膜69を形成する。この時、第1絶縁膜69は、酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れか1つで形成することができる。好ましくは、第1絶縁膜69でギャップフィル特性が優秀なBPSG膜を使用するのが良い。
【0091】
一方、第1絶縁膜69形成後には、表面段差除去のためにハードマスク膜パターン63の表面があらわれるまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)のような平坦化工程を行うことができる。
【0092】
次に、Y−Y’方向に配列されたピラー構造物203間の第1絶縁膜69表面を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第1感光膜パターン80を形成する。この時、第1感光膜パターン80によってX−X’方向に配列されたピラー構造物203の上部は覆われることになる。
【0093】
次に、第1感光膜パターン80をエッチング障壁として第1絶縁膜69、ゲート絶縁膜66、不純物領域68を順次エッチングし、連続して基板61の一部をエッチングし、第1トレンチ70を形成する。すなわち、不純物領域68を貫通する第1トレンチ70を形成する。以下、第1トレンチ70によって分離した不純物領域68の図面符号を「68A」に変更して表記する。
【0094】
次に、残留する第1感光膜パターン80を除去する。
【0095】
次に、第1トレンチ70の表面の一部を覆う分離膜90を形成する。具体的に、第1トレンチ70側壁と接する不純物領域68Aの全部または一部を除外した残りの第1トレンチ70表面を覆うように分離膜90を形成する。分離膜90は、後続工程によって形成される埋込型ビットラインの金属性膜と基板61との間を電気的に分離させる役割を果たすことで絶縁膜として形成することができる。
【0096】
分離膜90は、第1トレンチ70を含む構造物表面に沿って分離膜用絶縁膜(図示せず)を蒸着し、第1トレンチ70を一部埋込む犠牲膜(図示せず)を蒸着した次に、犠牲膜により露出した分離膜用絶縁膜を除去した後に犠牲膜を除去する一連の工程過程によって形成することができる。
【0097】
図4Cに図示したように、第1トレンチ70を含む構造物の全面に埋込型ビットラインを形成するための導電膜71を形成する。導電膜71は、金属膜または金属窒化膜からなる単一膜で形成したり、または金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜(金属/金属窒化膜)で形成することができる。この時、金属シリサイド膜および金属性膜からなる埋込型ビットラインを同時に形成することにおいて、その工程効率を向上させるために、導電膜71は、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成するのが好ましい。
【0098】
ここで、導電膜71を構成する金属膜および金属窒化膜は、各々チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つの金属元素を含むことができる。これは、上述した金属元素を含む導電膜71は、不純物領域69とオーミックコンタクトを形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0099】
次に、第1全面エッチング工程を行い、第1トレンチ70の両側壁およびピラー構造物203の側面の第1絶縁膜69上にのみ導電膜71を残留させる。この時、第1全面エッチング工程は、エッチバック工程を使用して行うことができる。以下、エッチングされた導電膜71の図面符号を「71A」に変更して表記する。
【0100】
ここで、第1全面エッチング工程は隣接したセル(cell)の間で埋込型ビットラインのための導電膜71Aを分離させるためである。
【0101】
図4Dに図示したように、第2全面エッチング工程を行い、第1トレンチ70の下の分離膜90および基板61を一部エッチングして、第2トレンチ72を形成する。この時、第2トレンチ72は、隣接した導電膜71A間をより効果的に分離させるためのもので、残留する導電膜71Aがエッチング障壁として作用するため、第2トレンチ72は、第1トレンチ70の線幅より小さい線幅を有することができる。
【0102】
第2トレンチ72を形成するための第2全面エッチング工程は、第1全面エッチング工程と同一の方法、すなわち、エッチバック工程を使用して行うことができ、第1全面エッチング工程と同一チャンバーにおいてインサイチュで行うことができる。
【0103】
図4Eに図示したように、第1および第2トレンチ70、72を埋込む第2絶縁膜73を形成する。第2絶縁膜73は、酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れか1つで形成することができる。
【0104】
ここで、第2絶縁膜73は、第1および第2トレンチ70、72を埋込み、ピラー構造物203間のギャップを一部埋込むように形成することもできるが、後続の工程によって形成される埋込型ビットラインとゲート電極67との間の寄生キャパシタンスを考慮して、第2絶縁膜73は、第1および第2トレンチ70、72のみを埋込むように形成することが好ましい。すなわち、第2絶縁膜73の上部面が基板61の上部面と同一平面上に位置するのが好ましい。
【0105】
次に、第2絶縁膜73によって露出したピラー構造物203の側面に残留する導電膜71Aを除去する。この時、第1トレンチ70の両側壁に形成された導電膜71Aは、第2絶縁膜73によって除去されず残留することになる。
【0106】
ここで、第1トレンチ70両側壁に残留する導電膜71Aが埋込型ビットラインの金属性膜71Bとして作用する。
【0107】
次に、熱処理を行い、金属シリサイド膜および金属性膜74、71Bからなる埋込型ビットライン111を形成する。具体的に、熱処理時、加えられる熱エネルギーによって金属性膜71Bに含有された金属成分、すなわち金属膜/金属窒化膜積層構造で金属膜の金属成分が第1トレンチ70側壁基板61内部に拡散し、広がった金属成分が基板61、例えば、シリコン基板61のシリコン成分と反応して金属シリサイド膜74を形成する。この時、金属シリサイド膜74は、埋込型ビットライン111として作用し、基板61内部に形成された金属シリサイド膜74は不純物領域(68A)と接する。
【0108】
熱処理工程は、既形成された構造物に加えられる熱的負担を最小化するために金属熱処理法を使用して行うのが好ましい。
【0109】
このように、本発明は、埋込型ビットライン111の金属性膜71Bを用いて、金属シリサイド膜74を形成することによって、埋込型ビットライン111の形成工程を単純化させ、これを備える半導体装置の生産性を向上させることができる。
【0110】
図4Fに図示したように、ピラー構造物203間をギャップフィルする第3絶縁膜76を形成した後、Y−Y’方向の第1絶縁膜69および第3絶縁膜76を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第2感光膜パターン81を形成する。この時、第2感光膜パターン81によってX−X’方向ではピラー構造物203の表面のみ露出し、Y−Y’方向ではすべての構造が露出する。
【0111】
次に、第2感光膜パターン81およびピラー構造物203をエッチング障壁として露出しているY−Y’方向に対してドライエッチングを行う。この時、Y−Y’方向ではピラー構造物203間の第1絶縁膜69および第3絶縁膜76がエッチングされ、エッチング深さはゲート電極67の最上部表面より低く制御する。したがって、X−X’方向では第1絶縁膜69がピラー構造物203間に存在し、Y−Y’方向では第1絶縁膜69と第3絶縁膜76がピラー構造物203のゲート電極67の一側側壁を露出させつつ残留する。
【0112】
上述した工程過程により、Y−Y’方向ではゲート電極67の外壁上部の部分が露出するワードライン用ダマシンパターン75が形成され、ダマシンパターン75は、ゲート電極67の2/3程度を露出させる。
【0113】
次に、第2感光膜パターン81を除去した後、ダマシンパターン75の一部に埋込まれゲート電極67と電気的に接続されるワードライン77を形成する。この時、ワードライン77は、金属性膜蒸着後、リセスエッチング(例えば、エッチバック)して形成し、ワードライン77の高さはゲート電極67を露出させない高さになるように調節する。
【0114】
ワードライン77は、タングステンシリサイド膜(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)、タングステン膜(W)、アルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、金(Au)およびルテニウム(Ru)からなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むように形成するのが好ましい。そして、ゲート電極67とワードライン77との間に形成された障壁金属膜(図示せず)をさらに備えることができる。障壁金属膜は、TiN、TaCN、TaC、WN、WSiN、TaN、TiおよびWSiからなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むことができる。
【0115】
ワードライン77および障壁金属膜の蒸着方法は原子層蒸着法(ALD)、物理気相蒸着法(PVD)または化学気相蒸着法(CVD)を用いることができる。
【0116】
このように、本発明は、不純物領域68Aに加えて金属成分を含む金属シリサイト膜および金属性膜74、71Bからなる埋込型ビットライン111を形成することによって、埋込型ビットライン111の抵抗値を顕著に減少させることができ、これで半導体装置の高速動作を具現することができる。さらに、埋込型ビットライン111のピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができる。
【0117】
また、埋込型ビットライン111の金属性膜71Bを分離する第2トレンチ72を形成することによって、隣接した埋込型ビットライン111間の絶縁特性をより効果的に向上させることができる。
【0118】
また、金属性膜71Bを用いて、金属シリサイド膜74を形成することによって、埋込型ビットラインの製造工程を単純化させ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【0119】
本発明の技術思想は、前記好ましい実施形態により具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためであることではないことを注意しなければならない。また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内の多様な実施形態が可能であることを理解できるであろう。
【符号の説明】
【0120】
100 基板
102 活性ピラー
106 ゲート絶縁膜
107 ゲート電極
108 不純物領域
109 金属シリサイド膜
110 金属性膜
111 埋込型ビットライン
112A 第1トレンチ
112B 第2トレンチ
115 ワードライン
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体装置の製造技術に関するもので、特に埋込型ビットライン(Buride Bitline)を備える半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
最近、集積度向上のために40nm以下級のDRAM装置が開発されているが、8F2(F:minimum feature size)または6F2セルアーキテクチャ(cell architecture)形態で使用するプレーナ(Planar)またはリセスドゲートトランジスタ(Recessed Gate Taransistor)の場合には40nm以下でスケーリング(scaling)するのがかなり難しいという問題がある。したがって同一スケーリングにおいて、集積度を1.5〜2倍向上させることができる4F2セルアーキテクチャを有するDRAM装置が要求されており、それにともない垂直チャネルトランジスタ(Vertical channel transistor)が提案された。
【0003】
垂直チャネルトランジスタは、半導体基板上で、垂直に延長された活性ピラー(Active pillar)の周囲を囲む環状ゲート電極(annular gate electrode)を形成し、ゲート電極を中心にして、ピラーの上部と下部に各々ソース領域とドレイン領域を形成することによってチャネルが垂直に形成されるトランジスタである。そのため、トランジスタの面積を減少させてもチャネル長に束縛を受けない。
【0004】
図1Aおよび図1Bは従来技術による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図面で、図1Aは断面図、図1Bは平面図である。
【0005】
図1Aおよび図1Bを参照すれば、基板11上にボディピラー12、ヘッドピラー13、バッファ膜パターン14、ハードマスク膜パターン15およびキャッピング膜16を備える複数のピラー構造物200が形成される。
【0006】
そして、ボディピラー12の外壁をゲート絶縁膜17とゲート電極18が取り囲んでおり、基板11内には不純物のイオン注入によって、ソース領域またはドレイン領域として作用すると同時に埋込型ビットライン19として作用する不純物領域が形成されている。隣接する埋込型ビットライン19を分離させるトレンチ19A内部には層間絶縁膜20が埋込まれている。
【0007】
そして、ワードライン21はゲート電極18に連結されつつ、埋込型ビットライン19と交差する方向で形成されている。
【0008】
しかし、従来技術は、埋込型ビットライン19を基板11、例えば、シリコン基板に不純物をイオン注入して形成するため、埋込型ビットライン19は金属膜でないシリコン配線形態で形成される。したがって、金属膜に比べてシリコン配線の比抵抗値が相対的に大きいため、埋込型ビットライン19の抵抗値が大きくなるという短所が発生する。
【0009】
より詳細に、埋込型ビットライン19に金属膜でない不純物がドープされたシリコンを利用するため、埋込型ビットライン19の抵抗値が大きくなり、これによって埋込型ビットライン19の抵抗値が高くなり、半導体装置の動作速度が低下するという問題が発生する。
【0010】
これを解決するために図1Bのように、埋込型ビットライン19の電流経路(Current path、図面符号「I」)を大きくしなければならないため、埋込型ビットライン19のピッチ(pitch)値を増加させなければならない。しかし、このような場合、単位セル面積(2F×2F=4F2以上)が増加するという問題が発生する。
【0011】
なお、関連する技術としては、例えば、韓国登録特許第10−0734313号公報(特許文献1)に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】韓国登録特許第10−0734313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は前記した従来技術の問題を解決するために提案されたもので、その目的は、高速動作を具現できる埋込型ビットラインを備える半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記目的を達成するための一側面による本発明の半導体装置は、トレンチを備える基板と、前記基板内に形成され前記トレンチ側壁に接する金属シリサイド膜と前記トレンチ側壁に形成され前記金属シリサイド膜と接する金属性膜からなる埋込型ビットラインを備える。
【0015】
前記目的を達成するための一側面による本発明の半導体装置の製造方法は、基板内に金属シリサイド膜を形成するステップと、前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを形成するものの、前記金属シリサイド膜が前記第1トレンチ側壁に接するように形成するステップと、前記第1トレンチ側壁に前記金属シリサイド膜と接する金属性膜を形成し、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップとを含む。
【0016】
前記目的を達成するための他の一側面による本発明の半導体装置の製造方法は、前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを形成するステップと、前記第1トレンチ側壁に金属性膜を形成するステップと、熱処理を行い前記金属性膜と接する前記基板内に金属シリサイド膜を形成して、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップとを含む。
【発明の効果】
【0017】
上述した課題解決手段に基づく本発明は、金属シリサイド膜と金属性膜からなる埋込型ビットラインを提供することによって、従来のシリコン配線形態の埋込型ビットラインに比べて、その抵抗値を顕著に減少させることができるという効果がある。
【0018】
これによって、本発明は、半導体装置の高速動作を具現することができ、さらに埋込型ビットラインのピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができるという効果がある。
【0019】
また、金属性膜を用いて金属シリサイド膜を形成することによって、埋込型ビットラインの製造工程を単純化させ、半導体装置の生産性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】従来技術による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図1B】従来技術による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図2A】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図2B】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図2C】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図である。
【図3A】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3B】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3C】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3D】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3E】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3F】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3G】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図3H】本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4A】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4B】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4C】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4D】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4E】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【図4F】本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を図示した工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の最も好ましい実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【0022】
後述する本発明は、高速動作を具現することができる埋込型ビットラインを備える半導体装置およびその製造方法を提供する。このために本発明は、埋込型ビットラインが金属シリサイド膜と金属性膜からなることを特徴とする。
【0023】
図2Aないし図2Cは、本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置を図示した図で、図2Aは斜視図、図2Bは平面図、図2Cは図2Bに図示されたX−X’切取線およびY−Y’切取線に沿って図示した断面図である。
【0024】
図2Aないし図2Cに図示したように、基板100(例えば、シリコン基板)上にマトリックス形態で所定間隔離隔され、基板100に垂直方向に延長された複数のピラー構造物201が形成される。図2Cに図示されたように、各ピラー構造物201は、活性ピラー(Active Pillar)102、バッファ膜パターン103、ハードマスク膜パターン104、およびキャッピング膜105を備えることができる。活性ピラー102は、ヘッドピラー(Head Pillar)102Aとボディピラー(Body Pillar)102Bからなるジャータイプ(jar type)またはロッドタイプ(rod type)であり得る。この時、ジャータイプの活性ピラー102は、埋込型ビットライン111製造工程の側面で工程マージン確保が容易だという長所がある。それ以外のバッファ膜パターン103、ハードマスク膜パターン104、及びキャッピング膜105は、本発明の半導体装置の製造方法で詳しく説明することにする。
【0025】
活性ピラー102の表面において、ゲート絶縁膜106およびゲート絶縁膜106上で活性ピラー102の外壁を囲むゲート電極107が形成される。そして、Y−Y’方向、すなわち、埋込型ビットライン111と交差する方向でゲート電極107間を連結するワードライン115が配置される。ゲート絶縁膜106は、酸化膜、例えば、シリコン酸化膜(SiO2)で形成することができる。ゲート電極107は、ポリシリコン膜または金属性膜を備えることができ、ワードライン115は、金属性膜を備えることができる。ここで、ワードライン115は、タングステンシリサイド膜(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)、タングステン膜(W)、アルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、金膜(Au)およびルテニウム膜(Ru)からなるグループから選択された何れかの1つを備えることができる。そして、ゲート電極107とワードライン115との間に形成された障壁金属膜(図示せず)をさらに備えることができる。障壁金属膜は、チタニウム窒化膜(TiN)、タンタル炭素窒化膜(TaCN)、タンタル炭素膜(TaC)、タングステン窒化膜(WN)、タングステンシリコン窒化膜(WSiN)、タンタル窒化膜(TaN)、チタニウム(Ti)およびタングステンシリサイド膜(WSi)からなるグループから選択された少なくとも何れか1つを備えることができる。
【0026】
活性ピラー102間の基板100内には不純物領域108が形成される。
不純物領域108は、基板100に不純物をイオン注入して形成することができ、垂直チャネルトランジスタのソース領域・ドレイン領域として作用する。この時、不純物領域108は、ソース領域・ドレイン領域として作用すると同時に、埋込型ビットライン111の一部として作用する。
【0027】
埋込型ビットライン111は、基板100に形成されたトレンチ112を有しており、トレンチ112の側壁に接する金属シリサイド膜109と、トレンチ112の側壁に形成された金属シリサイド膜109と接する金属性膜110とを備える。この時、金属性膜110は、金属シリサイド膜109にのみ接してもよく、または金属シリサイド膜109と不純物領域108の両方に接することもできる。
【0028】
埋込型ビットライン111の金属シリサイド膜および金属性膜109,110は、従来のシリコン配線形態で形成された時より埋込型ビットライン111の抵抗値を減少させるために基板100または不純物領域108より比抵抗が低い物質で形成することが望ましい。
【0029】
埋込型ビットライン111の金属シリサイド膜109としては、チタニウムシルリサイド膜(TiSi)、タンタルシリサイド膜(TaSi)、コバルトシリサイド膜(CoSi)、ニッケルシリサイド膜(NiSi)およびタングステンシリサイド膜(WSi)からなるグループから選択された何れかの1つを使用することができる。この時、埋込型ビットライン111の一部として金属シリサイド膜109を使用する理由は、不純物領域108、すなわち、不純物がドープされたシリコンより金属シリサイド膜の抵抗値が小さく、シリコン(すなわち、不純物領域108)と金属シリサイド膜からなる金属シリサイド膜109との間にオーミックコンタクト(ohmic contact)を形成して、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0030】
埋込型ビットライン111の金属性膜110は、金属膜または金属窒化膜からなる単一膜や、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成することができる。この時、金属性膜110を単一膜(金属膜または金属窒化膜)で形成するのに比べて、積層膜(金属膜/金属窒化膜)で形成するのが好ましい。これは、金属性膜110を積層膜で形成する場合には、金属シリサイド膜109形成工程を単純化させることができ、金属膜が不純物領域108と金属窒化膜との間の電位障壁を段階的に減少させる役割を果たし、これらの間のコンタクト抵抗をより効果的に減少させることができるためである。
【0031】
埋込型ビットライン111の金属性膜110を構成する金属膜および金属窒化膜は、各々、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つの金属元素を含むことができる。ここで、金属性膜110を上述した金属元素を含むように形成する理由は、金属シリサイド膜109と不純物領域108との間でオーミックコンタクトを形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0032】
埋込型ビットライン111と基板100との間のショートを防止するために、金属シリサイド膜109(または、金属シリサイド膜109と不純物領域108)が金属性膜110と接する領域を除いたトレンチ112表面と、金属性膜110との間に、分離膜120が介在する。分離膜120は、絶縁膜で形成することができ、基板100と金属性膜110との間を電気的に分離させる役割を果たす。通常、基板100、例えば、シリコン基板と金属性膜110との間にはショットキー接合(schottky junction)が形成されるため、分離膜120を形成しない場合、金属性膜110から基板100への電流の流れが容易で、半導体装置の動作特性を劣化させる問題を誘発する。
【0033】
基板100内に形成されたトレンチ112が、隣接した埋込型ビットライン111間を分離させる役割を果たすため、金属シリサイド膜109は、トレンチ112の一側の側面にのみ接する構造であってもよく、または図2Cに図示したように金属シリサイド膜109がトレンチ112の両側壁に接する構造でなすこともできる。
【0034】
金属シリサイド膜109がトレンチ112の両側壁に接する構造の場合に、隣接した不純物領域108および埋込型ビットライン111を分離するトレンチ112は、不純物領域108、および埋込型ビットライン111の金属シリサイド膜109を貫通する第1トレンチ112Aと、第1トレンチ112Aの下で第1トレンチ112Aより小さい線幅を有し、埋込型ビットライン111の金属性膜110を分離する第2トレンチ112Bと、を備えることができる。この時、埋込型ビットライン111の金属性膜110間を効果的に分離するために埋込型ビットライン111の金属性膜110は、第1トレンチ112Aの両側壁に位置するのが好ましい。
【0035】
このように、本発明は、不純物領域108に加えて金属シリサイド膜および金属性膜109、110からなる埋込型ビットライン111を備えることによって、埋込型ビットライン111の抵抗値を顕著に減少させることができ、これによって半導体装置の高速動作を具現することができる。さらに、埋込型ビットライン111のピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができる。
【0036】
また、埋込型ビットライン111の金属性膜110を分離する第2トレンチ112Bを備えることによって、隣接した埋込型ビットライン111間の絶縁特性をより効果的に向上させることができる。
【0037】
図3Aないし図3Hは、本発明の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を、図2Bに図示されたX−X’切取線およびY−Y’切取線に沿って図示した工程断面図である。
【0038】
図3Aに図示したように、基板31、例えば、シリコン基板31上にマトリックス形態で所定間隔離隔されて基板31の垂直方向に延長された活性ピラー35を備えるピラー構造物202を複数個形成する。活性ピラー35は、図に示されたように、ヘッドピラー35A(Head Pillar)とボディピラー35B(Body pillar)からなるジャータイプ(jar type)で形成したり、またはロッドタイプ(rod type)で形成することができる。この時、後続の埋込型ビットライン(Buried Bitline)形成工程時に工程マージン確保の側面で活性ピラー35をロッドタイプよりジャータイプで形成することがより有利である。
【0039】
以下、ヘッドピラー35Aとボディピラー35Bからなる活性ピラー35の形成工程に対して具体的に説明する。
【0040】
基板31上にバッファ膜パターン32とハードマスク膜パターン33を順次に形成する。バッファ膜パターン32はシリコン酸化膜(SiO2)であって、熱酸化方式で形成することができ、50〜150Åの厚さで形成することができる。ハードマスク膜パターン33は、シリコン窒化膜(Si3N4)または炭化シリコン膜(SiC)で形成することができ、その厚さは2000Åにすることができる。バッファ膜パターン32とハードマスク膜パターン33は、感光膜パターン(図示せず)を用いたエッチングによって形成することができる。
【0041】
次に、ハードマスク膜パターン33をエッチング障壁(etch barrier)として基板31を一定深さ(1100Å)エッチングする1次エッチング(以下「1次ピラーエッチング」という)を行う。このような1次ピラーエッチングによって活性領域として機能するヘッドピラー35Aが形成される。好ましくは、ヘッドピラー35A形成のための基板31のエッチングは、異方性(Anisotropic)ドライエッチングであり、Cl2またはHBrガスを単独で使用し、またはCl2とHBrガスの混合ガスを利用してエッチングする。
【0042】
次に、全面にキャッピング膜34(Capping layer)を形成する。この時、キャッピング膜34は、窒化膜を単独で蒸着し、または酸化膜と窒化膜を順次蒸着することで形成できる。酸化膜は、シリコン酸化膜(SiO2)でなすことができ、窒化膜は、シリコン窒化膜(Si3N4)でなすことができる。続いて、直進性の(方向性、指向性)エッチング工程、例えばエッチバック(Etchback)を行い、ヘッドピラー35Aの側壁にキャッピング膜34を残留させ、ヘッドピラー35A間の基板31表面を露出させる。ここで、直進性のエッチング工程によって、キャッピング膜34は、ハードマスク膜パターン33とバッファ膜パターン32の側壁にも残留する。上述したキャッピング膜34は、ヘッドピラー35Aの側壁を後続の工程から保護する役割を果たすが、厚さは50〜100Åにすることができる。
【0043】
次に、1次ピラーエッチング後に、キャッピング膜34およびハードマスク膜パターン33をエッチング障壁として基板31を一定深さ(2000Å)で、追加エッチングする2次ピラーエッチングを行う。この時、2次ピラーエッチングは、直進性エッチングを用い、これによってヘッドピラー35Aの下にボディピラー(Body pillar)35Bが形成される。ボディピラー35Bは、1次ピラーエッチング時のヘッドピラー35Aよりその高さがさらに高くてもよい。好ましくは、ボディピラー35B形成のための2次ピラーエッチングは、異方性ドライエッチングであり、Cl2またはHBrガスを単独で使用し、またはCl2とHBrガスの混合ガスを利用してエッチングする。
【0044】
次に、ボディピラー35Bの側壁を等方性エッチングする3次ピラーエッチングを行う。この時、等方性エッチングを適用する3次ピラーエッチングは、湿式エッチング(Wet etch)または化学的ドライエッチング(Chemical Dry Etch:CDE)方式を利用する。このような等方性エッチング工程をピラートリミング(Phillar Trimming)工程といい、等方性エッチングが行われる部分は、ボディピラー35Bの露出した側壁のみで150Å程度行われ、キャッピング膜34によってカバーリング(Covering)されているヘッドピラー35Aは、エッチングされない。
【0045】
したがって、等方性エッチングまで行ったボディピラー35Bとボディピラー35B上部のヘッドピラー35AはT型ピラー構造になり、ボディピラー35Bは後続のゲート電極が取り囲む部分であり、キャッピング膜34によってカバーリングされたヘッドピラー35Aは後続のストレージノードが垂直に連結する部分である。
【0046】
上述したような一連のエッチング工程によって、基板31上にヘッドピラー35Aとボディピラー35Bからなる活性ピラー35、キャッピング膜34、バッファ膜パターン32およびハードマスク膜パターン33を備える複数のピラー構造物202を形成することができる。
【0047】
図3Bに図示したように、基板31とボディピラー35Bの露出した表面上にゲート絶縁膜36を形成する。ゲート絶縁膜36は、酸化膜、例えば、シリコン酸化膜で形成することができる。ゲート絶縁膜36は、蒸着工程または酸化工程によって50Å厚さで形成することができる。
【0048】
次に、ゲート絶縁膜36が形成されたボディピラー35B側壁を囲むゲート電極37を形成する。ゲート電極37は全面に導電層を蒸着した後、活性ピラー35間の基板31上部のゲート絶縁膜36が露出するまでエッチバック(Etchback)して得られる。ゲート電極37では、N型不純物がドープされたポリシリコン膜またはP型不純物がドープされたポリシリコン膜を用いることができる。また、ゲート電極37は、シリコンゲルマニウム膜(SiGe)またはタングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)等の金属含有膜が使用され得る。
【0049】
次に、活性ピラー35間の基板31に不純物をイオン注入し、基板31内に不純物領域38を形成する。この時、不純物領域38はソース領域・ドレイン領域として作用する。また、不純物領域38はソース領域・ドレイン領域として作用すると同時に埋込型ビットラインの一部としても作用する。ここで、不純物としては、リン(P)またはヒ素(As)のようなN型不純物またはホウ素(B)のようなP型不純物を使用することができる。
【0050】
図3Cに図示したように、ピラー構造物202の側壁に保護膜39を形成する。この時、保護膜39は、後続の埋込型ビットラインの金属シリサイド膜形成工程時、既に形成されたピラー構造物202が損傷するのを防止する役割を果たす。
【0051】
保護膜39は、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜(oxynitride)および炭素含有膜からなるグループから選択された何れかの1つ、またはこれらが積層された積層膜で形成することができる。この時、保護膜39は、既に形成された構造物についてエッチング選択比を有し、後続の除去工程が容易な炭素含有膜で形成するのが好ましい。炭素含有膜としては、非晶質炭素膜(Amorphous Carbon Layer、ACL)、炭化シリコン膜(SiC)、ポリマー膜(polymer)等を使用することができる。
【0052】
図3Bに図示したように、ピラー構造物202および保護膜39をエッチング障壁として活性ピラー35間の基板31上に残留するゲート絶縁膜36をエッチングする。つまり、ゲート絶縁膜36を選択的にエッチングし活性ピラー35間の基板31表面、すなわち、不純物領域38の表面を露出させる。
【0053】
次に、保護膜39を含む構造物全面に金属膜40を形成する。この時、金属膜40は、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜を形成するためのもので、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つで形成することができる。
【0054】
次に、熱処理を行い、基板31、例えば、シリコン基板31と金属膜40を反応させて、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41を形成する。埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41は、チタニウムシリサイド(TiSi)、タンタルシリサイド(TaSi)、コバルトシリサイド(CoSi)、ニッケルシリサイド(NiSi)およびタングステンシリサイド(WSi)からなるグループから選択された何れかの1つを含むことができる。この時、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜109を形成する理由は、不純物領域38すなわち、不純物がドープされたシリコンより金属シリサイド膜109の抵抗値が小さく、基板31(具体的に、不純物領域38)と金属シリサイド膜からなる金属シリサイド膜41との間にオーミックコンタクト(ohmic contact)を形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0055】
熱処理は、工程間既形成された構造物に加えられる熱的負担を最小化するために急速熱処理法を使用して行うのが好ましい。
【0056】
上述した工程過程によって形成された基板31内部に不純物領域38と接する埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41を形成することができる。
【0057】
図3Dに図示したように、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41を形成するための熱処理時、反応せずに残留した未反応金属膜40を除去する。この時、未反応金属膜40は、硫酸(H2SO4)と過酸化水素(H2O2)が混合されたSPM(sulfuric peroxide mixture)溶液、または塩酸(HCl)と硝酸(HNO3)が混合された王水(aqua regia)を用いて除去することができる。
【0058】
次に、保護膜39を除去する。例えば、保護膜39を炭素含有膜で形成した場合には酸素プラズマ処理(O2 plasma treatment)を用いて保護膜39を除去することができる。
【0059】
次に、ピラー構造物202間をギャップフィル(Gapfill)(埋め込み)するように全面に第1絶縁膜42を形成する。この時、第1絶縁膜42は、酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れかの1つで形成することができる。好ましくは、第1絶縁膜42としてギャップフィル特性が優秀なBPSG(boron phosphorus silicate glass)膜を使用するのが良い。
【0060】
一方、第1絶縁膜42形成後には表面段差除去のためにハードマスク膜パターン33の表面があらわれるまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)のような平坦化工程を行うことができる。
【0061】
次に、Y−Y’方向で配列されたピラー構造物202間の第1絶縁膜42表面を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第1感光膜パターン43を形成する。この時、第1感光膜パターン43によってX−X’方向で配列されたピラー構造物202の上部は覆われることになる。
【0062】
次に、第1感光膜パターン43をエッチング障壁として第1絶縁膜42、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41、不純物領域38を順次エッチングし、連続して、基板31の一部をエッチングし、第1トレンチ44を形成する。すなわち、埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41および不純物領域38を貫通する第1トレンチ44を形成する。以下、第1トレンチ44によって分離された埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41の図面符号を「41A」として、不純物領域38の図面符号を「38A」と変更して表記する。
【0063】
次に、残留する第1感光膜パターン43を除去する。
【0064】
次に、第1トレンチ44の表面一部を覆う分離膜90を形成する。具体的に、金属シリサイド膜41Aと接する第1トレンチ44の側壁を除外した残り、または金属シリサイド膜41Aおよび不純物領域38Aと接する第1トレンチ44の側壁を除外した残りの第1トレンチ44表面を覆うように分離膜90を形成する。分離膜90は、後続の工程によって形成される埋込型ビットラインの金属性膜と基板31との間を電気的に分離させる役割を果たすことで絶縁膜として形成することができる。
【0065】
分離膜90は、第1トレンチ44を含む構造物表面に沿って分離膜用絶縁膜(図示せず)を蒸着し、第1トレンチ44を一部埋込む犠牲膜(図示せず)を蒸着した後、犠牲膜によって露出した分離膜用絶縁膜を除去した後に犠牲膜を除去する一連の工程過程によって形成することができる。
【0066】
図3Eに図示したように、第1トレンチ44を含む構造物全面に埋込型ビットラインの金属性膜を形成するための導電膜45を形成する。導電膜45は、金属膜または金属窒化膜からなる単一膜で形成したり、または金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜(金属/金属窒化膜)で形成することができる。金属膜としてはチタニウム膜(Ti)、タンタル膜(Ta)、コバルト膜(Co)、ニッケル膜(Ni)およびタングステン膜(W)からなるグループから選択された何れかの1つを使用することができ、金属窒化膜としては、チタニウム窒化膜(TiN)、タンタル窒化膜(TaN)、コバルト窒化膜(CoN)、ニッケル窒化膜(NiN)およびタングステン窒化膜(WN)からなるグループから選択された何れかの1つを使用することができる。
【0067】
ここで、導電膜45を構成する金属膜および金属窒化膜は、各々チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つの金属元素を含んでいる。これは上述した金属元素を含む導電膜が埋込型ビットラインの金属シリサイド膜41および不純物領域38の間でオーミックコンタクトを形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0068】
次に、第1全面エッチング工程を行い、第1トレンチ44の両側壁およびピラー構造物202の側面の第1絶縁膜42上にだけ導電膜45を残留させる。この時、第1全面エッチング工程は、エッチバック工程を使用して行うことができる。以下、エッチングされた導電膜45の図面符号を「45A」に変更して表記する。
【0069】
ここで、第1全面エッチング工程は、隣接したセル(cell)間で埋込型ビットラインの金属性膜のための導電膜45Aを分離させるためである。
【0070】
図3Fに図示したように、第2全面エッチング工程を行い、第1トレンチ44の下の分離膜90および基板31を一部エッチングして、第2トレンチ46を形成する。この時、第2トレンチ46は、隣接した埋込型ビットラインの金属性膜間をより効果的に分離させるためで、残留する導電膜45Aがエッチング障壁として作用するため、第2トレンチ46は、第1トレンチ44の線幅より小さい線幅を有することができる。
【0071】
第2トレンチ46を形成するための第2全面エッチング工程は、第1全面エッチング工程と同一の方法、すなわち、エッチバック工程を使用して実施することができる。第2全面エッチング工程は、第1全面エッチング工程と同一のチャンバーにおいてインサイチュ(in situ)で行うことができる。
【0072】
図3Gに図示したように、第1および第2トレンチ44、46を埋込む第2絶縁膜47を形成する。第2絶縁膜47は、酸化膜、窒化膜、および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れかの1つで形成することができる。
【0073】
ここで、第2絶縁膜47は、第1および第2トレンチ44、46を埋込み、ピラー構造物202間のギャップを一部埋込むように形成することもできるが、後続の工程によって形成される埋込型ビットラインの金属性膜とゲート電極37の間の寄生キャパシタンスを考慮して、第2絶縁膜47は、第1および第2トレンチ44、46だけを埋込むように形成することが好ましい。すなわち、第2絶縁膜47の上部面が埋込型基板31の上部面と同一平面上に位置することが好ましい。
【0074】
次に、第2絶縁膜47によって露出したピラー構造物202の側面に残留する導電膜45Aを除去する。この時、第1トレンチ44の両側壁に形成された導電膜45Aは第2絶縁膜47によって除去されず残留することになる。ここで、第2絶縁膜47によって第1トレンチ44両側壁に残留する導電膜45Aが、埋込型ビットラインの金属性膜45Bとして作用する(図3H参照)。
【0075】
上述した工程過程によって、第1および第2金属性膜41A、45Bを含む埋込型ビットライン111を形成することができる。
【0076】
図3Hに図示したように、ピラー構造物202間をギャップフィルする第3絶縁膜48を形成した後、Y−Y’方向の第1絶縁膜42および第3絶縁膜48を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第2感光膜パターン50を形成する。この時、第2感光膜パターン50によってX−X’方向ではピラー構造物202の表面だけ露出し、Y−Y’方向ではすべての構造が露出する。
【0077】
次に、第2感光膜パターン50およびピラー構造物202をエッチング障壁として露出しているY−Y’方向に対してドライエッチングを行う。この時、Y−Y’方向ではピラー構造物202間の第1絶縁膜42および第3絶縁膜48がエッチングされ、エッチング深さはゲート電極37の最上部表面より低く制御する。したがって、X−X’方向では第1絶縁膜42がピラー構造物202間に存在し、Y−Y’方向では第1絶縁膜42と第3絶縁膜48がピラー構造物202のゲート電極37の一側の側壁を露出させて残留する。
【0078】
上述した工程過程により、Y−Y’方向ではゲート電極37の外壁上部の部分が露出するワードライン用ダマシンパターン51が形成され、ダマシンパターン(damascene patterns)51はゲート電極37の2/3程度を露出させる。
【0079】
次に、第2感光膜パターン50を除去した後、ダマシンパターン51の一部に埋込まれ、ゲート電極37と電気的に接続されるワードライン49を形成する。この時、ワードライン49は、金属性膜蒸着後リセスエッチング(例えば、エッチバック)して形成し、ワードライン49の高さは、ゲート電極37を露出させない高さになるように調節する。
【0080】
ワードライン49は、タングステンシリサイド膜(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)、タングステン膜(W)、アルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、金(Au)およびルテニウム(Ru)からなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むように形成することが好ましい。そして、ゲート電極37とワードライン49との間に形成された障壁金属膜(図示せず)をさらに備えることができる。障壁金属膜は、TiN、TaCN、TaC、WN、WSiN、TaN、TiおよびWSiからなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むことができる。
【0081】
ワードライン49および障壁金属膜の蒸着方法は、原子層蒸着法(ALD)、物理気相蒸着法(PVD)または化学気相蒸着法(CVD)を用いることができる。
【0082】
このように、本発明は、不純物領域38に加えて金属シリサイド膜および金属性膜41A、45Bからなる埋込型ビットライン111を形成することによって、埋込型ビットライン111の抵抗値を顕著に減少させることができ、これによって半導体装置の高速動作を具現することができる。さらに、埋込型ビットライン111のピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができる。
【0083】
また、埋込型ビットライン111の金属性膜45Bを分離する第2トレンチ46を形成することによって、隣接した埋込型ビットライン111間の絶縁特性をより効果的に向上させることができる。
【0084】
以下、後述する本発明の他の一実施形態による半導体装置の製造方法は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法より埋込型ビットラインを形成するための工程ステップを簡素化させることができる製造方法を提供する。具体的に、本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインは、金属性膜と金属シリサイド膜を同時に形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【0085】
図4Aないし図4Fは、本発明の他の一実施形態による埋込型ビットラインを備える半導体装置の製造方法を、図2Bに図示されたX−X’切取線およびY−Y’切取線に沿って図示した工程断面図である。ここでは、説明の便宜のために本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法と類似の工程過程に対しては詳しい説明を省略した。
【0086】
図4Aに図示したように、基板61、例えば、シリコン基板61上にマトリックス形態で所定間隔離隔されて基板61の垂直方向に延長されたピラー構造物203を複数個形成する。ピラー構造物203は、ヘッドピラー65Aとボディピラー65Bからなる活性ピラー65、キャッピング膜64、バッファ膜パターン62およびハードマスク膜パターン63を含むことができる。この時、活性ピラー65は、図4Aに図示したように、ヘッドピラー65A(Head Pillar)とボディピラー65B(Body pillar)からなるジャータイプ(jar type)で形成したり、またはロッドタイプ(rod type)で形成することができる。この時、後続の埋込型ビットライン(Buried Bitline)形成工程時、工程マージン確保の側面から活性ピラー65をロッドタイプよりジャータイプで形成することがより有利である。
【0087】
次に、基板61とボディピラー65Bの露出した表面上にゲート絶縁膜66を形成する。ゲート絶縁膜67は、酸化膜、例えば、シリコン酸化膜で形成することができる。ゲート絶縁膜66は、蒸着工程または酸化工程によって、50Åの厚さで形成されることができる。
【0088】
次に、ゲート絶縁膜66が形成されたボディピラー65B側壁を囲むゲート電極67を形成する。ゲート電極67は、全面に導電層を蒸着した後、活性ピラー65間の基板61上部のゲート絶縁膜66が露出するまでエッチバック(Etchback)して得られる。ゲート電極67としては、N型不純物がドープされたポリシリコン膜またはP型不純物がドープされたポリシリコン膜を用いることができる。また、ゲート電極67は、シリコンゲルマニウム膜(SiGe)またはタングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)等の金属含有膜を使用することもできる。
【0089】
次に、活性ピラー65間の基板61に不純物をイオン注入し、基板61内に不純物領域69を形成する。この時、不純物領域69は、ソース領域・ドレイン領域として作用する。また、不純物領域69は、ソース領域・ドレイン領域として作用すると同時に実質的に埋込型ビットラインの一部として作用する。ここで、不純物としては、リン(P)またはヒ素(As)のようなN型不純物またはホウ素(B)のようなP型不純物を使用することができる。
【0090】
図4Bに図示したように、ピラー構造物203間をギャップフィル(Gapfill)するように全面に第1絶縁膜69を形成する。この時、第1絶縁膜69は、酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れか1つで形成することができる。好ましくは、第1絶縁膜69でギャップフィル特性が優秀なBPSG膜を使用するのが良い。
【0091】
一方、第1絶縁膜69形成後には、表面段差除去のためにハードマスク膜パターン63の表面があらわれるまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)のような平坦化工程を行うことができる。
【0092】
次に、Y−Y’方向に配列されたピラー構造物203間の第1絶縁膜69表面を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第1感光膜パターン80を形成する。この時、第1感光膜パターン80によってX−X’方向に配列されたピラー構造物203の上部は覆われることになる。
【0093】
次に、第1感光膜パターン80をエッチング障壁として第1絶縁膜69、ゲート絶縁膜66、不純物領域68を順次エッチングし、連続して基板61の一部をエッチングし、第1トレンチ70を形成する。すなわち、不純物領域68を貫通する第1トレンチ70を形成する。以下、第1トレンチ70によって分離した不純物領域68の図面符号を「68A」に変更して表記する。
【0094】
次に、残留する第1感光膜パターン80を除去する。
【0095】
次に、第1トレンチ70の表面の一部を覆う分離膜90を形成する。具体的に、第1トレンチ70側壁と接する不純物領域68Aの全部または一部を除外した残りの第1トレンチ70表面を覆うように分離膜90を形成する。分離膜90は、後続工程によって形成される埋込型ビットラインの金属性膜と基板61との間を電気的に分離させる役割を果たすことで絶縁膜として形成することができる。
【0096】
分離膜90は、第1トレンチ70を含む構造物表面に沿って分離膜用絶縁膜(図示せず)を蒸着し、第1トレンチ70を一部埋込む犠牲膜(図示せず)を蒸着した次に、犠牲膜により露出した分離膜用絶縁膜を除去した後に犠牲膜を除去する一連の工程過程によって形成することができる。
【0097】
図4Cに図示したように、第1トレンチ70を含む構造物の全面に埋込型ビットラインを形成するための導電膜71を形成する。導電膜71は、金属膜または金属窒化膜からなる単一膜で形成したり、または金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜(金属/金属窒化膜)で形成することができる。この時、金属シリサイド膜および金属性膜からなる埋込型ビットラインを同時に形成することにおいて、その工程効率を向上させるために、導電膜71は、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成するのが好ましい。
【0098】
ここで、導電膜71を構成する金属膜および金属窒化膜は、各々チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)およびタングステン(W)からなるグループから選択された何れかの1つの金属元素を含むことができる。これは、上述した金属元素を含む導電膜71は、不純物領域69とオーミックコンタクトを形成し、これらの間のコンタクト抵抗を減少させることができるためである。
【0099】
次に、第1全面エッチング工程を行い、第1トレンチ70の両側壁およびピラー構造物203の側面の第1絶縁膜69上にのみ導電膜71を残留させる。この時、第1全面エッチング工程は、エッチバック工程を使用して行うことができる。以下、エッチングされた導電膜71の図面符号を「71A」に変更して表記する。
【0100】
ここで、第1全面エッチング工程は隣接したセル(cell)の間で埋込型ビットラインのための導電膜71Aを分離させるためである。
【0101】
図4Dに図示したように、第2全面エッチング工程を行い、第1トレンチ70の下の分離膜90および基板61を一部エッチングして、第2トレンチ72を形成する。この時、第2トレンチ72は、隣接した導電膜71A間をより効果的に分離させるためのもので、残留する導電膜71Aがエッチング障壁として作用するため、第2トレンチ72は、第1トレンチ70の線幅より小さい線幅を有することができる。
【0102】
第2トレンチ72を形成するための第2全面エッチング工程は、第1全面エッチング工程と同一の方法、すなわち、エッチバック工程を使用して行うことができ、第1全面エッチング工程と同一チャンバーにおいてインサイチュで行うことができる。
【0103】
図4Eに図示したように、第1および第2トレンチ70、72を埋込む第2絶縁膜73を形成する。第2絶縁膜73は、酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜からなるグループから選択された何れか1つで形成することができる。
【0104】
ここで、第2絶縁膜73は、第1および第2トレンチ70、72を埋込み、ピラー構造物203間のギャップを一部埋込むように形成することもできるが、後続の工程によって形成される埋込型ビットラインとゲート電極67との間の寄生キャパシタンスを考慮して、第2絶縁膜73は、第1および第2トレンチ70、72のみを埋込むように形成することが好ましい。すなわち、第2絶縁膜73の上部面が基板61の上部面と同一平面上に位置するのが好ましい。
【0105】
次に、第2絶縁膜73によって露出したピラー構造物203の側面に残留する導電膜71Aを除去する。この時、第1トレンチ70の両側壁に形成された導電膜71Aは、第2絶縁膜73によって除去されず残留することになる。
【0106】
ここで、第1トレンチ70両側壁に残留する導電膜71Aが埋込型ビットラインの金属性膜71Bとして作用する。
【0107】
次に、熱処理を行い、金属シリサイド膜および金属性膜74、71Bからなる埋込型ビットライン111を形成する。具体的に、熱処理時、加えられる熱エネルギーによって金属性膜71Bに含有された金属成分、すなわち金属膜/金属窒化膜積層構造で金属膜の金属成分が第1トレンチ70側壁基板61内部に拡散し、広がった金属成分が基板61、例えば、シリコン基板61のシリコン成分と反応して金属シリサイド膜74を形成する。この時、金属シリサイド膜74は、埋込型ビットライン111として作用し、基板61内部に形成された金属シリサイド膜74は不純物領域(68A)と接する。
【0108】
熱処理工程は、既形成された構造物に加えられる熱的負担を最小化するために金属熱処理法を使用して行うのが好ましい。
【0109】
このように、本発明は、埋込型ビットライン111の金属性膜71Bを用いて、金属シリサイド膜74を形成することによって、埋込型ビットライン111の形成工程を単純化させ、これを備える半導体装置の生産性を向上させることができる。
【0110】
図4Fに図示したように、ピラー構造物203間をギャップフィルする第3絶縁膜76を形成した後、Y−Y’方向の第1絶縁膜69および第3絶縁膜76を露出させるライン−スペース(line−space)形態の第2感光膜パターン81を形成する。この時、第2感光膜パターン81によってX−X’方向ではピラー構造物203の表面のみ露出し、Y−Y’方向ではすべての構造が露出する。
【0111】
次に、第2感光膜パターン81およびピラー構造物203をエッチング障壁として露出しているY−Y’方向に対してドライエッチングを行う。この時、Y−Y’方向ではピラー構造物203間の第1絶縁膜69および第3絶縁膜76がエッチングされ、エッチング深さはゲート電極67の最上部表面より低く制御する。したがって、X−X’方向では第1絶縁膜69がピラー構造物203間に存在し、Y−Y’方向では第1絶縁膜69と第3絶縁膜76がピラー構造物203のゲート電極67の一側側壁を露出させつつ残留する。
【0112】
上述した工程過程により、Y−Y’方向ではゲート電極67の外壁上部の部分が露出するワードライン用ダマシンパターン75が形成され、ダマシンパターン75は、ゲート電極67の2/3程度を露出させる。
【0113】
次に、第2感光膜パターン81を除去した後、ダマシンパターン75の一部に埋込まれゲート電極67と電気的に接続されるワードライン77を形成する。この時、ワードライン77は、金属性膜蒸着後、リセスエッチング(例えば、エッチバック)して形成し、ワードライン77の高さはゲート電極67を露出させない高さになるように調節する。
【0114】
ワードライン77は、タングステンシリサイド膜(WSi)、チタニウム窒化膜(TiN)、タングステン膜(W)、アルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、金(Au)およびルテニウム(Ru)からなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むように形成するのが好ましい。そして、ゲート電極67とワードライン77との間に形成された障壁金属膜(図示せず)をさらに備えることができる。障壁金属膜は、TiN、TaCN、TaC、WN、WSiN、TaN、TiおよびWSiからなるグループから選択された少なくとも何れか1つを含むことができる。
【0115】
ワードライン77および障壁金属膜の蒸着方法は原子層蒸着法(ALD)、物理気相蒸着法(PVD)または化学気相蒸着法(CVD)を用いることができる。
【0116】
このように、本発明は、不純物領域68Aに加えて金属成分を含む金属シリサイト膜および金属性膜74、71Bからなる埋込型ビットライン111を形成することによって、埋込型ビットライン111の抵抗値を顕著に減少させることができ、これで半導体装置の高速動作を具現することができる。さらに、埋込型ビットライン111のピッチを増加させなくても良いため、単位セル面積を維持しつつ、高速装置の特性を満足させることができる。
【0117】
また、埋込型ビットライン111の金属性膜71Bを分離する第2トレンチ72を形成することによって、隣接した埋込型ビットライン111間の絶縁特性をより効果的に向上させることができる。
【0118】
また、金属性膜71Bを用いて、金属シリサイド膜74を形成することによって、埋込型ビットラインの製造工程を単純化させ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【0119】
本発明の技術思想は、前記好ましい実施形態により具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためであることではないことを注意しなければならない。また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内の多様な実施形態が可能であることを理解できるであろう。
【符号の説明】
【0120】
100 基板
102 活性ピラー
106 ゲート絶縁膜
107 ゲート電極
108 不純物領域
109 金属シリサイド膜
110 金属性膜
111 埋込型ビットライン
112A 第1トレンチ
112B 第2トレンチ
115 ワードライン
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トレンチを備える基板と、
前記基板内に形成され前記トレンチ側壁に接する金属シリサイド膜と前記トレンチ側壁に形成され前記金属シリサイド膜と接する金属性膜からなる埋込型ビットラインと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記基板内に形成され前記金属シリサイド膜と接する不純物領域と、
前記金属シリサイド膜と前記金属性膜が接する領域を除外した前記トレンチ表面と前記金属性膜との間に介在した分離膜と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記埋込型ビットラインは、
前記不純物領域より比抵抗が低いことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記トレンチは、
側壁が前記金属シリサイド膜と接する第1トレンチと、
前記第1トレンチの下で前記第1トレンチより小さい線幅を有する第2トレンチと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記金属性膜は、
前記第1トレンチ側壁に位置することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記金属シリサイド膜は、
チタニウムシリサイド膜、タンタルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜およびタングステンシリサイド膜からなるグループから選択された何れか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記金属性膜は、
金属膜または金属窒化膜からなる単一膜、あるいは、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記金属膜および前記金属窒化膜は、
各々、チタニウム、タンタル、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなるグループから選択された何れか1つの金属元素を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記基板上に形成された複数の活性ピラーと、
前記活性ピラーの各々の外壁を囲むゲート電極と、
前記トレンチを埋込む絶縁膜と、
前記埋込型ビットラインと交差する方向で前記ゲート電極間を連結するワードラインと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項10】
基板内に金属シリサイド膜を形成するステップと、
前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを、前記金属シリサイド膜が前記第1トレンチ側壁に接するように形成するステップと、
前記第1トレンチ側壁に前記金属シリサイド膜と接する金属性膜を形成し、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記金属シリサイド膜を形成する前に、前記基板に不純物をイオン注入し、不純物領域を形成するステップをさらに含み、
前記不純物領域は、前記金属シリサイド膜と接するように形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記埋込型ビットラインは、
前記不純物領域より比抵抗が低いことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記金属性膜を形成する前に、前記金属シリサイド膜と接する前記第1トレンチ側壁を除外した残りの前記第1トレンチ表面を覆う分離膜を形成するステップと、
前記金属性膜を形成した後に、前記金属性膜により露出した前記分離膜および前記基板をエッチングし、第2トレンチを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記金属シリサイド膜は、
前記第1トレンチの一側側壁に接する構造、または、前記第1トレンチの両側壁に接する構造を有するように形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記金属シリサイド膜は、
チタニウムシリサイド膜、タンタルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、およびタングステンシリサイド膜からなるグループから選択された何れか1つで形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記金属性膜は、
金属膜または金属窒化膜からなる単一膜、あるいは、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記金属膜および前記金属窒化膜は、
各々チタニウム、タンタル、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなるグループから選択された何れか1つの金属元素を含むことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記埋込型ビットラインを形成する前に、
前記基板上に複数の活性ピラーを形成するステップと、
前記活性ピラーの各々の外壁を囲むゲート電極を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインを形成した後に、前記第1トレンチを埋込む絶縁膜を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインと交差する方向で前記ゲート電極間を連結するワードラインを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを形成するステップと、
前記第1トレンチ側壁に金属性膜を形成するステップと、
熱処理を行い、前記金属性膜と接する前記基板内に金属シリサイド膜を形成して、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項20】
前記第1トレンチを形成する前に、
前記基板に不純物をイオン注入し、不純物領域を形成するステップをさらに含み、
前記不純物領域は、前記金属シリサイド膜と接するように形成されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項21】
前記埋込型ビットラインは、
前記不純物領域より比抵抗が低いことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項22】
前記金属性膜を形成する前に、
前記トレンチの側壁の一部を除外した残りの前記トレンチ表面を覆う分離膜を形成するステップと、
前記金属性膜を形成した後に、前記分離膜および前記分離膜の下部の基板をエッチングし、第2トレンチを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項23】
前記金属シリサイド膜は、
前記第1トレンチの一側側壁に接する構造、または、前記第1トレンチ両側壁に接する構造を有するように形成されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項24】
前記金属シリサイド膜は、
チタニウムシリサイド膜、タンタルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜およびタングステンシリサイド膜からなるグループから選択された何れか1つで形成することを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項25】
前記金属性膜は、
金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項26】
前記金属膜および前記金属窒化膜は、
各々、チタニウム、タンタル、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなるグループから選択された何れか1つの金属元素を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項27】
前記埋込型ビットラインを形成する前に、
前記基板上に複数の活性ピラーを形成するステップと、
前記活性ピラーの各々の外壁を囲むゲート電極を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインを形成した後に、前記第1トレンチを埋込む絶縁膜を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインと交差する方向で前記ゲート電極間を連結するワードラインを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項1】
トレンチを備える基板と、
前記基板内に形成され前記トレンチ側壁に接する金属シリサイド膜と前記トレンチ側壁に形成され前記金属シリサイド膜と接する金属性膜からなる埋込型ビットラインと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記基板内に形成され前記金属シリサイド膜と接する不純物領域と、
前記金属シリサイド膜と前記金属性膜が接する領域を除外した前記トレンチ表面と前記金属性膜との間に介在した分離膜と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記埋込型ビットラインは、
前記不純物領域より比抵抗が低いことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記トレンチは、
側壁が前記金属シリサイド膜と接する第1トレンチと、
前記第1トレンチの下で前記第1トレンチより小さい線幅を有する第2トレンチと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記金属性膜は、
前記第1トレンチ側壁に位置することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記金属シリサイド膜は、
チタニウムシリサイド膜、タンタルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜およびタングステンシリサイド膜からなるグループから選択された何れか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記金属性膜は、
金属膜または金属窒化膜からなる単一膜、あるいは、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記金属膜および前記金属窒化膜は、
各々、チタニウム、タンタル、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなるグループから選択された何れか1つの金属元素を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記基板上に形成された複数の活性ピラーと、
前記活性ピラーの各々の外壁を囲むゲート電極と、
前記トレンチを埋込む絶縁膜と、
前記埋込型ビットラインと交差する方向で前記ゲート電極間を連結するワードラインと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項10】
基板内に金属シリサイド膜を形成するステップと、
前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを、前記金属シリサイド膜が前記第1トレンチ側壁に接するように形成するステップと、
前記第1トレンチ側壁に前記金属シリサイド膜と接する金属性膜を形成し、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記金属シリサイド膜を形成する前に、前記基板に不純物をイオン注入し、不純物領域を形成するステップをさらに含み、
前記不純物領域は、前記金属シリサイド膜と接するように形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記埋込型ビットラインは、
前記不純物領域より比抵抗が低いことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記金属性膜を形成する前に、前記金属シリサイド膜と接する前記第1トレンチ側壁を除外した残りの前記第1トレンチ表面を覆う分離膜を形成するステップと、
前記金属性膜を形成した後に、前記金属性膜により露出した前記分離膜および前記基板をエッチングし、第2トレンチを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記金属シリサイド膜は、
前記第1トレンチの一側側壁に接する構造、または、前記第1トレンチの両側壁に接する構造を有するように形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記金属シリサイド膜は、
チタニウムシリサイド膜、タンタルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜、およびタングステンシリサイド膜からなるグループから選択された何れか1つで形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記金属性膜は、
金属膜または金属窒化膜からなる単一膜、あるいは、金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記金属膜および前記金属窒化膜は、
各々チタニウム、タンタル、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなるグループから選択された何れか1つの金属元素を含むことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記埋込型ビットラインを形成する前に、
前記基板上に複数の活性ピラーを形成するステップと、
前記活性ピラーの各々の外壁を囲むゲート電極を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインを形成した後に、前記第1トレンチを埋込む絶縁膜を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインと交差する方向で前記ゲート電極間を連結するワードラインを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記基板を選択的にエッチングし、第1トレンチを形成するステップと、
前記第1トレンチ側壁に金属性膜を形成するステップと、
熱処理を行い、前記金属性膜と接する前記基板内に金属シリサイド膜を形成して、前記金属シリサイド膜と前記金属性膜からなる埋込型ビットラインを形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項20】
前記第1トレンチを形成する前に、
前記基板に不純物をイオン注入し、不純物領域を形成するステップをさらに含み、
前記不純物領域は、前記金属シリサイド膜と接するように形成されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項21】
前記埋込型ビットラインは、
前記不純物領域より比抵抗が低いことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項22】
前記金属性膜を形成する前に、
前記トレンチの側壁の一部を除外した残りの前記トレンチ表面を覆う分離膜を形成するステップと、
前記金属性膜を形成した後に、前記分離膜および前記分離膜の下部の基板をエッチングし、第2トレンチを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項23】
前記金属シリサイド膜は、
前記第1トレンチの一側側壁に接する構造、または、前記第1トレンチ両側壁に接する構造を有するように形成されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項24】
前記金属シリサイド膜は、
チタニウムシリサイド膜、タンタルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、ニッケルシリサイド膜およびタングステンシリサイド膜からなるグループから選択された何れか1つで形成することを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項25】
前記金属性膜は、
金属膜と金属窒化膜が積層された積層膜で形成されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項26】
前記金属膜および前記金属窒化膜は、
各々、チタニウム、タンタル、コバルト、ニッケルおよびタングステンからなるグループから選択された何れか1つの金属元素を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項27】
前記埋込型ビットラインを形成する前に、
前記基板上に複数の活性ピラーを形成するステップと、
前記活性ピラーの各々の外壁を囲むゲート電極を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインを形成した後に、前記第1トレンチを埋込む絶縁膜を形成するステップと、
前記埋込型ビットラインと交差する方向で前記ゲート電極間を連結するワードラインを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【公開番号】特開2011−97001(P2011−97001A)
【公開日】平成23年5月12日(2011.5.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−38987(P2010−38987)
【出願日】平成22年2月24日(2010.2.24)
【出願人】(591024111)株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】HYNIX SEMICONDUCTOR INC.
【住所又は居所原語表記】San 136−1,Ami−Ri,Bubal−Eup,Ichon−Shi,Kyoungki−Do,Korea
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年5月12日(2011.5.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年2月24日(2010.2.24)
【出願人】(591024111)株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】HYNIX SEMICONDUCTOR INC.
【住所又は居所原語表記】San 136−1,Ami−Ri,Bubal−Eup,Ichon−Shi,Kyoungki−Do,Korea
【Fターム(参考)】
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