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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024014823
(43)【公開日】2024-02-01
(54)【発明の名称】集積回路半導体素子
(51)【国際特許分類】
   H10B 12/00 20230101AFI20240125BHJP
【FI】
H10B12/00 671B
H10B12/00 681D
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023118224
(22)【出願日】2023-07-20
(31)【優先権主張番号】10-2022-0091319
(32)【優先日】2022-07-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】朴 台鎭
(72)【発明者】
【氏名】金 圭鎭
(72)【発明者】
【氏名】金 奉秀
(72)【発明者】
【氏名】金 熙中
(72)【発明者】
【氏名】朴 哲權
(72)【発明者】
【氏名】尹 ▲きゅん▼▲ひょん▼
(72)【発明者】
【氏名】蔡 熙載
【テーマコード(参考)】
5F083
【Fターム(参考)】
5F083AD04
5F083GA09
5F083GA27
5F083HA06
5F083JA02
5F083JA04
5F083JA05
5F083JA06
5F083JA12
5F083JA19
5F083JA39
5F083JA40
5F083KA01
5F083LA12
5F083LA13
5F083LA16
5F083NA01
5F083PR03
5F083PR06
(57)【要約】      (修正有)
【課題】短チャネル効果を改善させ、電流駆動能を向上させる集積回路半導体素子を提供する。
【解決手段】集積回路半導体素子は、基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層114-1と、フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域116と、アクティブ領域上に位置し、フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンF2と、を含み、フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層114A及び第2サブフィールド絶縁層114Bを含み、第1サブフィールド絶縁層の表面114AT1(124T)は、第2サブフィールド絶縁層の表面120Tより低いレベルに位置する。
【選択図】図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層と、
前記フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域と、
前記アクティブ領域上に位置し、前記フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンと、を含み、
前記フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層及び第2サブフィールド絶縁層を含み、前記第1サブフィールド絶縁層の表面は、前記第2サブフィールド絶縁層の表面より低いレベルに位置することを特徴とする集積回路半導体素子。
【請求項2】
前記第1サブフィールド絶縁層は、前記第2サブフィールド絶縁層より、ハードマスクパターンに対するエッチング選択比が大きい物質で構成されることを特徴とする請求項1に記載の集積回路半導体素子。
【請求項3】
前記第1サブフィールド絶縁層の表面は、凹形状を有し、前記第2サブフィールド絶縁層の表面は、平坦形状を有することを特徴とする請求項1に記載の集積回路半導体素子。
【請求項4】
前記アクティブ領域は、前記アクティブフィンと同一ボディであることを特徴とする請求項1に記載の集積回路半導体素子。
【請求項5】
前記アクティブフィン及び前記フィールド絶縁層上に、ゲート絶縁層及びゲート電極が順次に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の集積回路半導体素子。
【請求項6】
前記アクティブフィン及び前記フィールド絶縁層の表面は、前記基板の表面より低いレベルに位置し、
前記アクティブ領域、前記アクティブフィン、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極は、BCAT(Buried Channel Array Transistor)を構成することを特徴とする請求項5に記載の集積回路半導体素子。
【請求項7】
基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層と、
前記フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域と、
前記アクティブ領域上に位置し、前記フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンと、を含み、
前記フィールド絶縁層は、第1幅を有する第1フィールド絶縁層、及び前記第1幅より狭い第2幅を有する第2フィールド絶縁層を含み、
前記第1フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層及び第2サブフィールド絶縁層を含み、前記第1サブフィールド絶縁層の表面は、前記第2サブフィールド絶縁層の表面より低いレベルに位置することを特徴とする集積回路半導体素子。
【請求項8】
前記第1フィールド絶縁層は、前記基板上で、平面視において、前記第2フィールド絶縁層に比べて前記アクティブフィンの最外郭部間の距離が長い領域に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の集積回路半導体素子。
【請求項9】
前記第1サブフィールド絶縁層の表面は、凹形状を有し、前記第2サブフィールド絶縁層の表面は、平坦形状を有することを特徴とする請求項7に記載の集積回路半導体素子。
【請求項10】
前記第2フィールド絶縁層の表面は、凹形状を有することを特徴とする請求項9に記載の集積回路半導体素子。
【請求項11】
前記第2フィールド絶縁層は、単一の第3サブフィールド絶縁層を含むことを特徴とする請求項7に記載の集積回路半導体素子。
【請求項12】
前記第3サブフィールド絶縁層の表面は、前記第1サブフィールド絶縁層の表面より高いレベルに位置することを特徴とする請求項11に記載の集積回路半導体素子。
【請求項13】
前記第2フィールド絶縁層の表面は、前記第1フィールド絶縁層の表面より低いレベルに位置することを特徴とする請求項7に記載の集積回路半導体素子。
【請求項14】
前記第3フィールド絶縁層の表面は、凹形状を有することを特徴とする請求項7に記載の集積回路半導体素子。
【請求項15】
基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層と、
前記フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域と、
前記アクティブ領域上に位置し、前記フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンと、を含み、
前記フィールド絶縁層は、第1幅を有する第1フィールド絶縁層、及び前記第1幅より狭い第2幅を有する第2フィールド絶縁層を含み、
前記第1フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層及び第2サブフィールド絶縁層を含み、前記第1サブフィールド絶縁層の表面及び前記第2サブフィールド絶縁層の表面は、全体として凹形状を有することを特徴とする集積回路半導体素子。
【請求項16】
前記アクティブ領域と接する前記第2フィールド絶縁層の両側壁には、保護パターンがさらに形成されていることを特徴とする請求項15に記載の集積回路半導体素子。
【請求項17】
前記第2フィールド絶縁層の表面は、凹形状を有することを特徴とする請求項15に記載の集積回路半導体素子。
【請求項18】
前記第1フィールド絶縁層の表面は、前記第2フィールド絶縁層の表面と同一高さを有することを特徴とする請求項15に記載の集積回路半導体素子。
【請求項19】
前記第2フィールド絶縁層は、単一の第3サブフィールド絶縁層を含むことを特徴とする請求項15に記載の集積回路半導体素子。
【請求項20】
前記アクティブ領域は、前記アクティブフィンと同一ボディであり、
前記アクティブフィンは、前記フィールド絶縁層の上部部分をリセスエッチングさせて形成されることを特徴とする請求項15に記載の集積回路半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、集積回路半導体素子に係り、より詳しくは、アクティブフィンを含む集積回路半導体素子に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路半導体素子の集積度が増加するにつれて、集積回路素子を構成する構成要素に対するデザインルールが縮小している。高度にスケーリング(scaling)された集積回路半導体素子において、アクティブフィンの高さ(height)を高くすることが必要である。アクティブフィンの高さを高くする場合、集積回路半導体素子の電気的特性、例えば、短チャネル効果を改善させたり、電流駆動能を向上させたりすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明が解決しようとする課題は、高さが高いアクティブフィンを含む集積回路半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
前述の課題を解決するために、本発明の技術的思想の一実施形態による集積回路半導体素子は、基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層と、前記フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域と、前記アクティブ領域上に位置し、前記フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンと、を含む。前記フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層及び第2サブフィールド絶縁層を含み、前記第1サブフィールド絶縁層の表面は、前記第2サブフィールド絶縁層の表面より低いレベルに位置する。
【0005】
本発明の技術的思想の集積回路半導体素子は、基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層と、前記フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域と、前記アクティブ領域上に位置し、前記フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンと、を含む。前記フィールド絶縁層は、第1幅を有する第1フィールド絶縁層、及び前記第1幅より狭い第2幅を有する第2フィールド絶縁層を含む。前記第1フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層及び第2サブフィールド絶縁層を含む。前記第1サブフィールド絶縁層の表面は、前記第2サブフィールド絶縁層の表面より低いレベルに位置する。
【0006】
本発明の技術的思想の集積回路半導体素子は、基板の内部に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチに埋め込まれたフィールド絶縁層と、前記フィールド絶縁層によって限定されたアクティブ領域と、前記アクティブ領域上に位置し、前記フィールド絶縁層の表面から突出したアクティブフィンと、を含む。前記フィールド絶縁層は、第1幅を有する第1フィールド絶縁層、及び前記第1幅より狭い第2幅を有する第2フィールド絶縁層を含む。前記第1フィールド絶縁層は、第1サブフィールド絶縁層及び第2サブフィールド絶縁層を含む。前記第1サブフィールド絶縁層の表面及び前記第2サブフィールド絶縁層の表面は、全体として凹形状を有する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の技術的思想の集積回路半導体素子は、アクティブフィン間のフィールド絶縁層をリセスエッチングすることにより、アクティブフィンの高さを高くすることができる。これにより、本発明の技術的思想の集積回路半導体素子は、電気的特性、例えば、短チャネル効果を改善させたり、電流駆動能を向上させたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子のレイアウト図である。
図2】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法に利用される一部レイアウト図である。
図3A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図3B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図3C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図3D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図4A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図4B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図4C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図4D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図5A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図5B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図5C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図5D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図6A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図6B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図6C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図6D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図7】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子を示す断面図である。
図8A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図8B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図8C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図8D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図9A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図9B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図9C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図9D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図10A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図10B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図10C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図10D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図11A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図11B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図11C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図11D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図12】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の拡大断面図である。
図13A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図13B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図13C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図13D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図14A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図14B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図14C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図14D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図15A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図15B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図15C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図15D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図16】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子を示す断面図である。
図17A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図17B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図17C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図17D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図18A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図18B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図18C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図18D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図19A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図19B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図19C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図19D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図20A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図20B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図20C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図20D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図21】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子を示す断面図である。
図22A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図22B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図22C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図22D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図23A】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図23B】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図23C】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図23D】本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法を示す断面図である。
図24】本発明による集積回路半導体素子を含むシステムを示す図面である。
図25】本発明による集積回路半導体素子を含むメモリカードを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。以下の本発明の実施形態は、いずれか1つのみによって具現されてもよく、1以上を組み合わせて具現されてもよい。したがって、本発明の技術的思想は、1つの実施形態に局限して解釈されない。
【0010】
本明細書において、構成要素の単数の形態は、文脈上他の場合を明確に指摘するものではなければ、複数の形態を含む。本明細書では、本発明をより明確に説明するために図面を誇張して示す。
【0011】
図1は、本発明の一実施形態による集積回路半導体素子のレイアウト図である。
【0012】
具体的には、図1において、第1方向(X方向)は、ワードライン方向でもあり、第2方向(Y方向)は、ビットライン方向でもあり、第3方向(D方向)は、対角線方向でもある。以下、より具体的に集積回路半導体素子100のレイアウトについて説明するが、本発明の技術的思想が図1のレイアウトに限定されるものではない。
【0013】
一部実施形態において、集積回路半導体素子100は、メモリ素子、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)素子を含みうる。集積回路半導体素子100は、複数のアクティブ領域ACTを含みうる。アクティブ領域ACTは、基板110(図3Aないし図3D)上に形成されたフィールド絶縁層114-1、114-2(図3Aないし図3D)を通じて定義されうる。フィールド絶縁層は、素子分離絶縁層でもある。集積回路半導体素子100のデザインルールの縮小によって、図示されたように、アクティブ領域ACTは、斜線(diagonal line or oblique line)のバー(bar)形状に配置されうる。
【0014】
アクティブ領域ACT上に、アクティブ領域ACTを横切って第1方向(X方向)に互いに平行に延びる複数のワードライン(Word Line)WLが配置されうる。ワードラインWLは、ゲートラインでもある。ワードラインWLは、ゲート電極を含みうる。ワードラインWLは、同一間隔に配置されうる。
【0015】
ワードラインWLの幅や、ワードラインWL間の間隔は、デザインルールによって決定されうる。ワードラインWL上に、ワードラインWLと直交する第2方向(Y方向)に互いに平行に延びる複数のビットライン(Bit Line)BLが配置されうる。ビットラインBLも、同一間隔に配置されうる。ビットラインBLの幅や、ビットラインBL間の間隔は、デザインルールによって決定されうる。
【0016】
本実施形態による集積回路半導体素子100は、アクティブ領域ACT上に形成された多様なコンタクト配列、例えば、ダイレクトコンタクト(Direct Contacts)DC、埋め込みコンタクト(Buried Contacts)BC、ランディングパッド(Landing Pads)LPなどを含みうる。ここで、ダイレクトコンタクトDCは、アクティブ領域ACTをビットラインBLに連結させるコンタクトを意味し、埋め込みコンタクトBCは、アクティブ領域ACTをキャパシタの下部電極に連結させるコンタクトを意味することができる。
【0017】
一般的に、配置構造上、埋め込みコンタクトBCとアクティブ領域ACTとの接触面積が非常に小さい。これにより、アクティブ領域ACTとの接触面積の拡大と共に、キャパシタの下部電極との接触面積の拡大のために、導電性のランディングパッドLPが導入されうる。本実施形態において、ランディングパッドLPは、埋め込みコンタクトBCとキャパシタの下部電極との間に配置されうる。このように、ランディングパッドLPの導入によって接触面積を拡大することにより、アクティブ領域ACTとキャパシタの下部電極とのコンタクト抵抗を減少させることができる。
【0018】
本実施形態の集積回路半導体素子100において、ダイレクトコンタクトDCは、アクティブ領域ACTの中央部分に配置され、埋め込みコンタクトBCは、アクティブ領域ACTの両端部分に配置されうる。埋め込みコンタクトBCがアクティブ領域ACTの両端部分に配置されることにより、ランディングパッドLPは、アクティブ領域ACTの両端に隣接し、埋め込みコンタクトBCと一部オーバーラップされるように配置されうる。
【0019】
ワードラインWLは、集積回路半導体素子100の基板内に埋め込まれた構造で形成され、ダイレクトコンタクトDCや埋め込みコンタクトBCの間のアクティブ領域ACTを横切って配置されうる。図示されたように、2本のワードラインWLが1つのアクティブ領域ACTを横切るように配置され、アクティブ領域ACTが対角線方向(D方向)の斜線状に配置されることにより、ワードラインWLと90°未満の所定角度を有することができる。
【0020】
ダイレクトコンタクトDC及び埋め込みコンタクトBCは、対称的に配置され、これにより、X軸及びY軸に沿って一直線上に配置されうる。一方、ランディングパッドLPは、ダイレクトコンタクトDC及び埋め込みコンタクトBCと異なり、ビットラインBLが延びる第2方向(Y方向)にジグザグ状L1に配置されうる。
【0021】
また、Y方向に沿って同一ラインのランディングパッド(LP)(the landing pads LP of the same line along the Y direction)は、ワードラインWLが延びる第1方向(X方向)には、各ビットラインBLの同一側面部分とオーバーラップされるように配置されうる。例えば、最初のラインのランディングパッドLPそれぞれは、対応するビットラインBLの左側側面とオーバーラップされ、二番目のラインのランディングパッドLPそれぞれは、対応するビットラインBLの右側側面とオーバーラップされうる。
【0022】
図2は、本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法に利用される一部レイアウト図である。
【0023】
具体的には、図2は、図1とほぼ同一のレイアウト図でもある。図2は、図1と比べるとき、ワードラインWL、ビットラインBL、及びコンタクト配列、例えば、ダイレクトコンタクトDC、埋め込みコンタクトBC及びランディングパッドLPを表示しない。
【0024】
図2は、図1と比べるとき、フィールド絶縁層及びハードマスクパターンHMをさらに表示する。フィールド絶縁層は、第1フィールド絶縁層114-1及び第2フィールド絶縁層114-2を含みうる。第1フィールド絶縁層114-1は、平面視において、アクティブ領域ACT、116間の距離(または、幅)が長い領域に配置されうる。第2フィールド絶縁層114-2は、平面視において、第1フィールド絶縁層114-1に比べてアクティブ領域ACT(116)間の距離(または、幅)が短い領域に配置されうる。
【0025】
第1フィールド絶縁層114-1は、第1サブフィールド絶縁層114A及び第2サブフィールド絶縁層114Bを含みうる。第2フィールド絶縁層114-2は、第3サブフィールド絶縁層114Cを含みうる。
【0026】
ハードマスクパターンHMは、第1方向(X方向)に互いに平行に延びて配置されうる。ハードマスクパターンHMは、図1で説明したワードラインWLとオーバーラップされない。ハードマスクパターンHMは、図1で説明したワードラインWL間で第1方向(X方向)に互いに平行に延びて配置されうる。
【0027】
図3Aないし図11Dは、本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法、及びこれによって製造された集積回路半導体素子を示す断面図である。
【0028】
具体的には、図3Aないし図6A、及び図8Aないし図11Aは、図2のA-A’に沿う断面図であり、図3Bないし図6B、及び図8Bないし図11Bは、図2のB-B’に沿う断面図であり、図3Cないし図6C、及び図8Cないし図11Cは、図2のC-C’に沿う断面図であり、図3Dないし図6D、及び図8Dないし図11Dは、図2のD-D’に沿う断面図である。図7は、図6Bの一部拡大断面図である。以下、第4方向(Z方向)は、第1方向(X方向)、第2方向(Y方向)及び第3方向(D方向)に対して垂直な方向であるとしうる。
【0029】
図3Aないし図3Dを参照すれば、基板110内に互いに離隔されて位置するフィールドトレンチ112を形成し、フィールドトレンチ112内にフィールド絶縁層を形成する。フィールドトレンチ112は、素子分離用トレンチでもある。フィールドトレンチ112は、基板110の表面110T(または、上面)から内部に基板110をエッチングして形成される。フィールド絶縁層は、素子分離絶縁層でもある。フィールド絶縁層は、フィールドトレンチ112の内部に絶縁層を埋め込んで形成されうる。
【0030】
フィールド絶縁層によって、基板110内にアクティブ領域116が定義されうる。アクティブ領域116は、図2に示すように、それぞれ短軸及び長軸を有する比較的長いアイランド状を有することができる。アクティブ領域116は、図2に示すように、第1方向(X方向)に延びるワードラインWLに対して90°未満の角度を有するように、対角線方向(D方向)の斜線状に配置されうる。
【0031】
基板110は、シリコン(Si)、例えば、結晶Si、多結晶Siまたは非晶質Siを含みうる。他の一部実施形態において、基板110は、ゲルマニウム(Ge)、またはシリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムアーセナイド(GaAs)、インジウムアーセナイド(InAs)、インジウムホスファイド(InP)のような化合物半導体を含むこともできる。一部実施形態において、基板110は、導電領域、例えば、不純物がドーピングされたウェル(well)、または不純物がドーピングされた構造物を含むこともできる。
【0032】
フィールド絶縁層は、第1フィールド絶縁層114-1及び第2フィールド絶縁層114-2を含みうる。フィールド絶縁層は、図3Bまたは図3Cにおけるように第1フィールド絶縁層114-1を含みうる。第1フィールド絶縁層114-1は、第1サブフィールド絶縁層114A及び第2サブフィールド絶縁層114Bを含みうる。
【0033】
第1サブフィールド絶縁層114A及び第2サブフィールド絶縁層114Bは、互いに異なる物質によって形成されうる。一部実施形態において、第1サブフィールド絶縁層114Aは、第2サブフィールド絶縁層114Bより、ハードマスクパターンHMに対するエッチング選択比が大きい物質によって形成されうる。
【0034】
例えば、第1サブフィールド絶縁層114Aは、シリコン酸化膜で形成され、第2サブフィールド絶縁層114Bは、シリコン窒化膜によって形成されうる。しかし、第1フィールド絶縁層114-1の構成が前述の内容に限定されるものではない。例えば、第1フィールド絶縁層114-1は、少なくとも3種類の絶縁膜の組み合わせからなる多重膜で構成されることも可能である。
【0035】
フィールド絶縁層は、図3Aまたは図3Dにおけるように第2フィールド絶縁層114-2を含みうる。第2フィールド絶縁層114-2は、第3サブフィールド絶縁層114Cを含みうる。一部実施形態において、第2フィールド絶縁層114-2は、単一の第3サブフィールド絶縁層114Cを含みうる。第3サブフィールド絶縁層114Cは、第1サブフィールド絶縁層114Aと同一物質で形成されうる。例えば、第3サブフィールド絶縁層114Cは、シリコン酸化膜で形成されうる。
【0036】
アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、バッファ絶縁膜117を形成する。バッファ絶縁膜117は、第2フィールド絶縁層114-2と同一物質によって形成されうる。図3Aないし図3Dにおいて、バッファ絶縁膜117及び第2フィールド絶縁層114-2は、同一物質で形成され、バッファ絶縁膜117と第2フィールド絶縁層114-2との境界ラインは表示しない。
【0037】
バッファ絶縁膜117上に、ハードマスクパターンHMを形成する。ハードマスクパターンHMは、ワードラインWL(図1)を限定するために形成する。ハードマスクパターンHMは、図2で説明したようにワードラインWL(図1)とオーバーラップされず、ワードラインWL(図1)間で第1方向(X方向)に互いに平行に延びて配置されうる。
【0038】
続いて、ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、バッファ絶縁膜117をエッチングし、パターニングされたバッファ絶縁膜117を形成する。パターニングされたバッファ絶縁膜117は、後続工程においてマスクパターンとして作用することができる。図3Aでは、パターニングされたバッファ絶縁膜117上にハードマスクパターンHMが全体としてカバーされており、図3Bでは、パターニングされたバッファ絶縁膜117が外部に露出されている。図3C及び図3Dでは、パターニングされたバッファ絶縁膜117上にハードマスクパターンHMが互いに離隔されて形成されている。
【0039】
図4Aないし図4Dを参照すれば、ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、パターニングされたバッファ絶縁膜117、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2をエッチングし、ゲートトレンチ118を形成する。ゲートトレンチ118は、ワードライントレンチでもある。
【0040】
図4Aでは、パターニングされたバッファ絶縁膜117上にハードマスクパターンHMが全体としてカバーされており、図4Bに示すように、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2の表面が外部に露出されうる。図4C及び図4Dでは、パターニングされたバッファ絶縁膜117及びアクティブ領域116内にゲートトレンチ118が互いに離隔されて形成されている。さらに、図4B及び図4Cに示すように、ゲートトレンチ118は、基板110の表面110T(または、上面)より低いレベルに形成されうる。
【0041】
図5Aないし図5Dを参照すれば、ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、フィールド絶縁層114-1、114-2を一次エッチングし、第1及び第2フィールドリセスホール120、122を形成する。一部実施形態において、一次エッチングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法で行うことができる。第1及び第2フィールドリセスホール120、122は、フィールド絶縁層114-1、114-2の上部部分をリセスエッチングして形成されうる。第1及び第2フィールドリセスホール120、122の下面は、アクティブ領域116の表面より低いレベルに位置することができる。
【0042】
図5Bに示すように、第1フィールドリセスホール120は、第1フィールド絶縁層114-1をエッチングして形成されうる。図5B及び図5Dに示すように、第2フィールドリセスホール122は、第2フィールド絶縁層114-2をエッチングして形成されうる。
【0043】
一部実施形態において、第1フィールドリセスホール120の表面は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができ、第2フィールドリセスホール122の表面は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。さらに、第1及び第2フィールドリセスホール120、122の形成により、アクティブ領域116がフィールド絶縁層114-1、114-2の表面より露出され、第1アクティブフィンF1が形成されうる。
【0044】
図6Aないし図6Dを参照すれば、ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、一次エッチングされたフィールド絶縁層114-1、114-2を二次エッチングし、第3及び第4フィールドリセスホール124、126を形成する。一部実施形態において、二次エッチングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法で行うことができる。一部実施形態において、二次エッチングは、非プラズマベースドライエッチング法で行うことができる。一部実施形態において、二次エッチングは、COR(Chemical Oxide Removal)法で行うことができる。COR法は、HF及びNHガスを利用したシリコン酸化物エッチング法であるとしうる。
【0045】
第3及び第4フィールドリセスホール124、126は、一次エッチングされたフィールド絶縁層114-1、114-2の上部部分をリセスエッチングして形成されうる。第3及び第4フィールドリセスホール124、126の下面は、アクティブ領域116の表面より低いレベルに位置することができる。
【0046】
図6Bに示すように、第3フィールドリセスホール124は、一次エッチングされた第1サブフィールド絶縁層114Aをエッチングして形成されうる。図6B及び図6Dに示すように、第4フィールドリセスホール126は、一次エッチングされた第2フィールド絶縁層114-2、すなわち、第3サブフィールド絶縁層114Cをエッチングして形成されうる。
【0047】
一部実施形態において、図6Bに示すように、第3フィールドリセスホール124の表面は、凹形状、すなわち、凹面を有することができ、第4フィールドリセスホール126の表面は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。第3フィールドリセスホール124の表面は、第1フィールドリセスホール120の表面より低いレベルに位置することができる。
【0048】
さらに、第3及び第4フィールドリセスホール124、126の形成により、アクティブ領域116がフィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2が形成されうる。
【0049】
ここで、図6B及び図7を参照して、フィールド絶縁層114-1、114-2、第1フィールドリセスホール120、第3フィールドリセスホール124、第4フィールドリセスホール126、アクティブ領域116及び第2アクティブフィンF2の相互関係についてさらに詳細に説明する。図7の拡大図EN1は、図6Bの一部領域の断面図でもある。
【0050】
図6B及び図7に示すように、第1フィールド絶縁層114-1は、アクティブ領域116上に位置する第2アクティブフィンF2の最外郭部間の距離が長い領域RG1に配置されうる。第1フィールド絶縁層114-1を構成する第2サブフィールド絶縁層114Bは、第1幅W1を有することができる。第1フィールド絶縁層114-1を構成する第1サブフィールド絶縁層114Aは、第1幅W1より狭い第2幅W2を有することができる。結果として、第1フィールド絶縁層114-1は、第3幅W3を有することができる。一部実施形態において、第1幅W1、第2幅W2及び第3幅W3は、数nmないし数十nmであるとしうる。
【0051】
第2フィールド絶縁層114-2は、アクティブ領域116上に位置する第2アクティブフィンF2の最外郭部間の距離が短い領域RG2に配置されうる。第2フィールド絶縁層114-2は、第3サブフィールド絶縁層114Cを含みうる。第2フィールド絶縁層114-2を構成する第3サブフィールド絶縁層114Cは、第4幅W4を有することができる。第4幅W4は、第2幅W2より広く、かつ第1幅W1より狭い。一部実施形態において、第4幅W4は、数nmないし数十nmであるとしうる。
【0052】
第1フィールドリセスホール120の表面120Tは、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第3フィールドリセスホール124の表面124Tは、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。第4フィールドリセスホール126の表面126Tは、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。
【0053】
すなわち、第1サブフィールド絶縁層114Aの表面114AT1は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BTは、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT1は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。
【0054】
第4フィールドリセスホール126は、第1フィールドリセスホール120の表面120Tから第1深さd1を有することができる。第3フィールドリセスホール124は、第1フィールドリセスホール120の表面120Tから、第1深さd1より浅い第2深さd2を有することができる。一部実施形態において、第1深さd1及び第2深さd2は、数nmないし数十nmであるとしうる。
【0055】
アクティブ領域116は、フィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2を構成することができる。第2アクティブフィンF2は、アクティブ領域116と同一ボディでもある。第2アクティブフィンF2は、第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT1から最上端部FT1まで第1高さH1を有することができる。以上のような集積回路半導体素子は、第4フィールドリセスホール126の第1深さd1を調節し、第2アクティブフィンF2の第1高さH1を調節することができる。
【0056】
図8Aないし図8Dを参照すれば、ハードマスクパターンHMを除去する。続いて、パターニングされたバッファ絶縁膜117、第2アクティブフィンF2、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、ゲート絶縁層132を形成する。図8Bに示すように、第2アクティブフィンF2をカバーするように、ゲート絶縁層132を形成する。
【0057】
ゲート絶縁層132は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、ONO(oxide/nitride/oxide)、またはシリコン酸化膜より高い誘電率を有する高誘電膜(high-k dielectric film)のうち選択される少なくとも1つの物質を含みうる。例えば、ゲート絶縁層132は、約10ないし25の誘電率を有することができる。
【0058】
一部実施形態において、ゲート絶縁層132は、ハフニウム酸化物(HfO)、ハフニウムシリコン酸化物(HfSiO)、ハフニウム酸化窒化物(HfON)、ハフニウムシリコン酸化窒化物(HfSiON)、ランタン酸化物(La)、ランタンアルミニウム酸化物(LaAlO)、ジルコニウム酸化物(ZrO)、ジルコニウムシリコン酸化物(ZrSi)、ジルコニウム酸化窒化物(ZrO)、ジルコニウムシリコン酸化窒化物(ZrSiO)、タンタル酸化物(Ta)、チタン酸化物(TiO)、バリウムストロンチウムチタン酸化物(BaSrTiO)、バリウムチタン酸化物(BaTiO)、ストロンチウムチタン酸化物(SrTiO)、イットリウム酸化物(Y)、アルミニウム酸化物(Al)、または鉛スカンジウムタンタル酸化物(PbScTaO)のうち選択される少なくとも1つの物質を含みうる。一部実施形態において、ゲート絶縁層132は、ハフニウム酸化物(HfO)、アルミニウム酸化物(Al、HfAlO)、タンタル酸化物(Ta)またはチタン酸化物(TiO)を含んでもよい。
【0059】
図9Aないし図9Dを参照すれば、ゲート絶縁層132上にゲート物質層134を形成する。図9Bにおいて、ゲート物質層134は、ゲート絶縁層132上で、第2アクティブフィンF2を十分に覆うように形成されうる。図9C及び図9Dでは、ゲート絶縁層132上で、アクティブ領域116、パターニングされたバッファ絶縁膜117、第1フィールドリセスホール120及び第4フィールドリセスホール126を十分に覆うように形成されうる。
【0060】
ゲート物質層134は、金属層や金属窒化層で形成することができる。一部実施形態において、ゲート物質層134は、Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN、TiSiNまたはWSiNのうち選択される少なくとも1つの物質を含んでもよい。
【0061】
図10Aないし図10Dを参照すれば、ゲート物質層134をエッチバックし、ゲート電極138を形成する。ゲート物質層134は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を利用してエッチバックエッチングすることができる。ゲート電極138は、図1のワードラインWLの役割を行う。
【0062】
図10Aでは、ゲート物質層134、ゲート絶縁層132及びパターニングされたバッファ絶縁膜117がエッチバックされ、基板110の表面110T(または、上面)が露出されうる。図10Bのゲート電極138の上面は、図10Aの基板110の表面110Tより低いレベルである。図10C及び図10Dでは、ゲート電極138は、アクティブ領域116の上面より低いレベルに形成されうる。
【0063】
図11Aないし図11Dを参照すれば、ゲート電極138上に埋め込み絶縁層140を形成する。埋め込み絶縁層140は、シリコン窒化膜で形成することができる。図11Bに示すように、第2アクティブフィンF2上のゲート電極138上に埋め込み絶縁層140を形成する。ゲート電極138の上面138Tは、埋め込み絶縁層140より低いレベルに位置することができる。さらに、ゲート電極138の下面、すなわち、アクティブ領域116及び第2アクティブフィンF2の上面は、凹凸状を有することができる。
【0064】
図11C及び図11Dに示すように、アクティブ領域116間、及びフィールド絶縁層114-1、114-2とアクティブ領域116との間に、埋め込み絶縁層140が形成されうる。埋め込み絶縁層140の上面140Tは、基板110の表面110T(または、上面)と同一レベルに位置することができる。ゲート電極138の上面138Tは、基板110の表面110T(または、上面)より低いレベルに位置することができる。前述の集積回路半導体素子の製造方法において、便宜上、ソース/ドレイン領域の形成段階は説明を省略する。
【0065】
以上のような集積回路半導体素子の製造方法により、アクティブ領域116、第2アクティブフィンF2、ゲート絶縁層132及びゲート電極138は、finFETを構成することができる。アクティブ領域116、第2アクティブフィンF2、ゲート絶縁層132及びゲート電極138は、サドルフィン構造のfinFET(saddle finFET)を構成することができる。さらに、アクティブ領域116、第2アクティブフィンF2、ゲート絶縁層132及びゲート電極138は、BCAT(Buried Channel Array Transistor)を構成することができる。
【0066】
図12は、本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の拡大断面図である。
【0067】
具体的には、図12の拡大断面図EN2は、図7と比べるとき、第4フィールドリセスホール126が第3深さd3を有することを除いて同様であるとしうる。図12の拡大断面図EN2は、図6Bの一部領域の変形例である。図12において、図6B及び図7と同一参照番号は、同一部材を表す。図12において、図6B及び図7で説明した内容は、簡単に説明するか、省略する。
【0068】
第3フィールドリセスホール124は、図6B及び図7で説明したように、第1フィールドリセスホール120の表面120Tから、第1深さd1より浅い第2深さd2を有することができる。第4フィールドリセスホール126は、第1フィールドリセスホール120の表面120Tから、第2深さd2より浅い第3深さd3を有することができる。第3深さd3は、数nmないし数十nmであるとしうる。
【0069】
第2フィールド絶縁層114-2を構成する第3サブフィールド絶縁層114Cは、第4幅W4を有することができる。第4幅W4は、第2幅W2より広く、かつ第1幅W1より狭い。一部実施形態において、第4幅W4は、数nmないし数十nmであるとしうる。第4フィールドリセスホール126の表面126Tは、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT1は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。
【0070】
アクティブ領域116は、フィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2を構成することができる。第2アクティブフィンF2は、第1サブフィールド絶縁層114Aの表面114AT1から最上端部FT1まで第2高さH2を有することができる。
【0071】
以上のような集積回路半導体素子は、第3フィールドリセスホール124の第2深さd2を調節し、第2アクティブフィンF2の第2高さH2を調節することができる。
【0072】
図13Aないし図18Dは、本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法、及びこれによって製造された集積回路半導体素子を示す断面図である。
【0073】
具体的には、図13Aないし図18Dは、図3Aないし図11Dと比べるとき、製造過程上、保護層150及び保護パターン152がさらに形成されることを除いてはほぼ同様であるとしうる。図13Aないし図18Dにおいて、図3Aないし図11Dと同一参照番号は、同一部材を表す。図13Aないし図18Dにおいて、図3Aないし図11Dと同一内容は、簡単に説明するか、省略する。
【0074】
図13Aないし図15A図17A及び図18Aは、図2のA-A’に沿う断面図であり、図13Bないし図15B図17B及び図18Bは、図2のB-B’に沿う断面図であり、図13Cないし図15C図17C及び図18Cは、図2のC-C’に沿う断面図であり、図13Dないし図15D図17D及び図18Dは、図2のD-D’に沿う断面図である。図16の断面図EN3は、図15Bの一部拡大断面図である。
【0075】
図13Aないし図13Dを参照すれば、前述の図3Aないし図3D、及び図4Aないし図4Dの工程を遂行する。続いて、ハードマスクパターンHM、パターニングされたバッファ絶縁膜117、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、保護層150を形成する。保護層150は、シリコン窒化膜で形成することができる。
【0076】
図13Aでは、ハードマスクパターンHM上に保護層150が形成されうる。図13Bでは、ゲートトレンチ118(図4B)内で、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、保護層150を形成する。
【0077】
図13C及び図13Dでは、ゲートトレンチ118の内部、パターニングされたバッファ絶縁膜117、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、保護層150を形成する。
【0078】
図14Aないし図14Dを参照すれば、図5Aないし図5Dと同様に、ハードマスクパターンHM及び保護層150をエッチングマスクとして、フィールド絶縁層114-1、114-2を一次エッチングし、第1及び第2フィールドリセスホール120’、122を形成する。ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、保護層150の下部部分を一次エッチングし、保護パターン152を形成すると共に、フィールド絶縁層114-1、114-2の上部部分を一次エッチングし、第1及び第2フィールドリセスホール120’、122を形成する。
【0079】
一部実施形態において、一次エッチングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法で行うことができる。第1及び第2フィールドリセスホール120’、122は、フィールド絶縁層114-1、114-2の上部部分をリセスエッチングして形成されうる。第1及び第2フィールドリセスホール120’、122の下面は、アクティブ領域116の表面より低いレベルに位置することができる。
【0080】
図14Bに示すように、第1及び第2フィールドリセスホール120’、122の形成により、アクティブ領域116がフィールド絶縁層114-1、114-2の表面より露出され、第1アクティブフィンF1が形成されうる。図14Dに示すように、保護層150(図13D)により、第2フィールド絶縁層114-2内に第2フィールドリセスホール122が形成されない。
【0081】
図14C及び図14Dに示すように、ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、保護層150の下部部分を一次エッチングするとき、パターニングされたバッファ絶縁膜117及びアクティブ領域116の上部部分の両側面エッチング損失を防止することができる。これにより、後続工程、例えば、ビットライン形成工程やキャパシタ電極形成工程を容易に遂行することができる。
【0082】
図15Aないし図15Dを参照すれば、図6Aないし図6Dと同様に、ハードマスクパターンHM及び保護パターン152をエッチングマスクとして、一次エッチングされた第1及び第2フィールド絶縁層114-1、114-2を二次エッチングし、第3フィールドリセスホール124’及び第4フィールドリセスホール126’を形成する。
【0083】
一部実施形態において、二次エッチングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法で行うことができる。一部実施形態において、二次エッチングは、非プラズマベースドライエッチング法で行うことができる。一部実施形態において、二次エッチングは、COR法で行うことができる。COR法は、HF及びNHガスを利用したシリコン酸化物エッチング法であるとしうる。
【0084】
一部実施形態において、図15Bに示すように、第3フィールドリセスホール124’は、第1フィールドリセスホール120’と同一表面を有することができる。第3フィールドリセスホール124’の形成時、第1サブフィールド絶縁層114Aの上部部分がエッチングされない。これにより、第3フィールドリセスホール124’の表面は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。
【0085】
一部実施形態において、図15Bとは異なり、前述の実施形態と同様に、第3フィールドリセスホール124’の表面は、第1フィールドリセスホール120’の表面より低いレベルに位置することができる。第3フィールドリセスホール124’の形成時、第1サブフィールド絶縁層114Aの上部部分がエッチングされうる。これにより、第3フィールドリセスホール124’の表面は、凹形状、すなわち、凹面を有することもできる。
【0086】
図15Bのように、第4フィールドリセスホール126’は、一次エッチングされた第2フィールド絶縁層114-2、すなわち、第3サブフィールド絶縁層114Cの上部部分をリセスエッチングして形成されうる。第4フィールドリセスホール126’の下面は、アクティブ領域116の表面より低いレベルに位置することができる。一部実施形態において、図15Bに示すように、第4フィールドリセスホール126’の表面は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第1フィールドリセスホール120’、第3フィールドリセスホール124’及び第4フィールドリセスホール126’の表面は、同一レベルに位置することができる。
【0087】
さらに、第1及び第4フィールドリセスホール120’、126’の形成により、アクティブ領域116がフィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2が形成されうる。
【0088】
図15C及び図15Dに示すように、ハードマスクパターンHM及び保護パターン152をエッチングマスクとして、第1及び第2フィールド絶縁層114-1、114-2を二次エッチングするとき、パターニングされたバッファ絶縁膜117及びアクティブ領域116の上部部分の両側面エッチング損失を防止することができる。これにより、後続工程、例えば、ビットライン形成工程やキャパシタ電極形成工程を容易に遂行することができる。
【0089】
ここで、図15B及び図16を参照して、フィールド絶縁層114-1、114-2、第1フィールドリセスホール120’、第3フィールドリセスホール124’、第4フィールドリセスホール126’、アクティブ領域116及び第2アクティブフィンF2の相互関係についてさらに詳細に説明する。図16の拡大断面図EN3は、図15Bの一部領域の断面図でもある。図16の拡大断面図EN3において、図12と同一のまたは類似の内容は、簡単に説明するか、省略する。
【0090】
図15B及び図16に示すように、第1フィールドリセスホール120’の表面120Tは、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第3フィールドリセスホール124’の表面124T’は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第4フィールドリセスホール126’の表面126T’は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。
【0091】
すなわち、第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BT及び第1サブフィールド絶縁層114Aの表面114AT2は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT2は、平坦形状、すなわち、平坦面を有することができる。第1フィールドリセスホール120’、第3フィールドリセスホール124’及び第4フィールドリセスホール126’の表面は、同一レベルを有することができる。
【0092】
第1フィールドリセスホール120’、第3フィールドリセスホール124’及び第4フィールドリセスホール126’は、第2アクティブフィンF2の最上端部FT1から、第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BT、第1サブフィールド絶縁層114Aの表面114AT2、及び第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT2まで、第4深さd4を有することができる。一部実施形態において、第4深さd4は、数nmないし数十nmであるとしうる。
【0093】
アクティブ領域116は、フィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2を構成することができる。第2アクティブフィンF2は、第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BT、第1サブフィールド絶縁層114Aの表面114AT2、及び第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT2から、最上端部FT1まで、第3高さH3を有することができる。第4深さd4及び第3高さH3は、同一値を有することができる。
【0094】
以上のような集積回路半導体素子は、第1フィールドリセスホール120’、第3フィールドリセスホール124’及び第4フィールドリセスホール126’の第4深さd4を調節し、第2アクティブフィンF2の第3高さH3を調節することができる。
【0095】
図17Aないし図17Dを参照すれば、保護パターン152を除去する。図17C及び図17Dに示すように、パターニングされたバッファ絶縁膜117及びハードマスクパターンHMの両側壁に形成された保護パターン152を除去する。保護パターン152は、ウェットエッチングまたはドライエッチングを利用して除去することができる。
【0096】
図18Aないし図18Dを参照すれば、ハードマスクパターンHMを除去する。続いて、図8Aないし図8Dと同様に、パターニングされたバッファ絶縁膜117、第2アクティブフィンF2、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、ゲート絶縁層132を形成する。図18Bに示すように、第2アクティブフィンF2をカバーするように、ゲート絶縁層132を形成する。ゲート絶縁層132の形成物質は、前述したので、省略する。続いて、図9Aないし図11Dで説明した製造工程を遂行し、集積回路半導体素子を製造することができる。
【0097】
図19Aないし図23Dは、本発明の一実施形態による集積回路半導体素子の製造方法、及びこれによって製造された集積回路半導体素子を示す断面図である。
【0098】
具体的には、図19Aないし図23Dは、図3Aないし図11Dと比べるとき、製造過程上、保護層160及び保護パターン162がさらに形成されることを除いてはほぼ同様であるとしうる。図19Aないし図23Dにおいて、図3Aないし図11Dと同一参照番号は、同一部材を表す。図19Aないし図23Dにおいて、図3Aないし図11Dと同一内容は、簡単に説明するか、省略する。
【0099】
図19A図20A、及び図22Aないし図23Aは、図2のA-A’に沿う断面図であり、図19B図20B、及び図22Bないし図23Bは、図2のB-B’に沿う断面図であり、図19C図20C、及び図22Cないし図23Cは、図2のC-C’に沿う断面図であり、図19D図20D、及び図22Dないし図23Dは、図2のD-D’に沿う断面図である。図21の断面図EN4は、図20Bの一部拡大断面図である。
【0100】
図19Aないし図19Dを参照すれば、前述の図3Aないし図3D図4Aないし図4D、及び図5Aないし図5Dの工程を遂行する。続いて、ハードマスクパターンHM、パターニングされたバッファ絶縁膜117、アクティブ領域116、フィールド絶縁層114-1、114-2、並びに第1及び第2フィールドリセスホール120、122上に、保護層160を形成する。保護層160は、シリコン窒化膜で形成することができる。
【0101】
図19Aでは、ハードマスクパターンHM上に保護層160が形成されうる。図19Bでは、第1及び第2フィールドリセスホール120、122、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、保護層160を形成する。
【0102】
図19C及び図19Dでは、第1及び第2フィールドリセスホール120、122、パターニングされたバッファ絶縁膜117、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、保護層160を形成する。
【0103】
図20Aないし図20Dを参照すれば、図6Aないし図6Dと同様に、ハードマスクパターンHM及び保護層160をエッチングマスクとして、一次エッチングされたフィールド絶縁層114-1、114-2を二次エッチングし、変形された第1フィールドリセスホール120”、第3及び第4フィールドリセスホール124”、126”を形成する。ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、保護層160の下部部分をエッチングし、保護パターン162を形成すると共に、フィールド絶縁層114-1、114-2の上部部分を二次エッチングし、変形された第1フィールドリセスホール120”、第3及び第4フィールドリセスホール124”、126”を形成する。
【0104】
一部実施形態において、二次エッチングは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法で行うことができる。一部実施形態において、二次エッチングは、非プラズマベースドライエッチング法で行うことができる。一部実施形態において、二次エッチングは、COR法で行うことができる。COR法は、HF及びNHガスを利用したシリコン酸化物エッチング法であるとしうる。
【0105】
変形された第1フィールドリセスホール120”、第3及び第4フィールドリセスホール124”、126”は、一次エッチングされたフィールド絶縁層114-1、114-2の上部部分をリセスエッチングして形成されうる。変形された第1フィールドリセスホール120”、第3及び第4フィールドリセスホール124”、126”の下面は、アクティブ領域116の表面より低いレベルに位置することができる。
【0106】
図20Bに示すように、変形された第1フィールドリセスホール120”、第3及び第4フィールドリセスホール124”、126”の形成により、アクティブ領域116がフィールド絶縁層114-1、114-2の表面より露出され、第2アクティブフィンF2が形成されうる。図20Dに示すように、保護層160(図19D)により、第2フィールド絶縁層114-2内に第2フィールドリセスホール122が形成されない。
【0107】
一部実施形態において、図20Bに示すように、変形された第1フィールドリセスホール120”及び第3フィールドリセスホール124”は、同一表面を有することができる。変形された第1フィールドリセスホール120”及び第3フィールドリセスホール124”の表面は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。
【0108】
図20Bのように、第4フィールドリセスホール126”は、一次エッチングされた第2フィールド絶縁層114-2、すなわち、第3サブフィールド絶縁層114Cの上部部分をリセスエッチングして形成されうる。第4フィールドリセスホール126”の下面は、アクティブ領域116の表面より低いレベルに位置することができる。一部実施形態において、図20Bに示すように、第4フィールドリセスホール126”の表面は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。変形された第1フィールドリセスホール120”、第3フィールドリセスホール124”及び第4フィールドリセスホール126”の表面は、同一レベルに位置することができる。
【0109】
さらに、変形された第1フィールドリセスホール120”、第3フィールドリセスホール124”及び第4フィールドリセスホール126”の形成により、アクティブ領域116がフィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2が形成されうる。
【0110】
図20C及び図20Dに示すように、ハードマスクパターンHMをエッチングマスクとして、保護層160の下部部分164をエッチングするとき、パターニングされたバッファ絶縁膜117及びアクティブ領域116の上部部分の両側面エッチング損失を防止することができる。これにより、後続工程、例えば、ビットライン形成工程やキャパシタ電極形成工程を容易に遂行することができる。
【0111】
ここで、図20B及び図21を参照して、フィールド絶縁層114-1、114-2、変形された第1フィールドリセスホール120”、第3フィールドリセスホール124”、第4フィールドリセスホール126”、アクティブ領域116及び第2アクティブフィンF2の相互関係についてさらに詳細に説明する。図21の拡大断面図EN4は、図20Bの一部領域の断面図でもある。図21の拡大断面図EN4において、図7と同一または類似の内容は、簡単に説明するか、省略する。
【0112】
図20B及び図21に示すように、変形された第1フィールドリセスホール120”の表面120T及び第3フィールドリセスホール124”の表面124T”は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。第4フィールドリセスホール126”の表面126T”は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。
【0113】
すなわち、第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BT2及び第1サブフィールド絶縁層114Aの表面114AT3は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。第3サブフィールド絶縁層114Cの表面114CT3は、凹形状、すなわち、凹面を有することができる。変形された第1フィールドリセスホール120”、第3フィールドリセスホール124”及び第4フィールドリセスホール126”の表面は、同一レベルを有することができる。
【0114】
変形された第1フィールドリセスホール120”、第3フィールドリセスホール124”及び第4フィールドリセスホール126”は、第2アクティブフィンF2の最上端部FT1から、第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BT2及び第3サブフィールド絶縁層114C-2の表面114CT3まで、第5深さd5を有することができる。一部実施形態において、第5深さd5は、数nmないし数十nmであるとしうる。
【0115】
アクティブ領域116は、フィールド絶縁層114-1、114-2の表面から突出し、第2アクティブフィンF2を構成することができる。第2アクティブフィンF2は、第2サブフィールド絶縁層114Bの表面114BT2及び第3サブフィールド絶縁層114C-2の表面114CT3から、最上端部FT1まで、第4高さH4を有することができる。第5深さd5及び第4高さH4は、同一値を有することができる。
【0116】
以上のような集積回路半導体素子は、変形された第1フィールドリセスホール120”、第3フィールドリセスホール124”及び第4フィールドリセスホール126”の第5深さd5を調節し、第2アクティブフィンF2の第4高さH4を調節することができる。
【0117】
図22Aないし図22Dを参照すれば、保護パターン162を一部除去する。図22C及び図22Dに示すように、パターニングされたバッファ絶縁膜117及びハードマスクパターンHMの両側壁上部に形成された保護パターン162を除去する。保護パターン162は、ウェットエッチングまたはドライエッチングを利用して一部除去することができる。
【0118】
図22Dに示すように、第2フィールド絶縁層114-2、すなわち、第3サブフィールド絶縁層114Cの上部に形成された第2フィールドリセスホール122内には、保護パターン162’が残っている。すなわち、第2フィールド絶縁層114-2によって取り囲まれたアクティブ領域116の上部側面には、保護パターン162’が残される。
【0119】
図23Aないし図23Dを参照すれば、ハードマスクパターンHMを除去する。続いて、図8Aないし図8Dと同様に、パターニングされたバッファ絶縁膜117、第2アクティブフィンF2、アクティブ領域116及びフィールド絶縁層114-1、114-2上に、ゲート絶縁層132を形成する。図23Bに示すように、第2アクティブフィンF2をカバーするように、ゲート絶縁層132を形成する。ゲート絶縁層132の形成物質は、前述したので、省略する。続いて、図9Aないし図11Dで説明した製造工程を遂行し、集積回路半導体素子を製造することができる。
【0120】
図24は、本発明による集積回路半導体素子を含むシステムを示す図面である。
【0121】
具体的には、本実施形態によるシステム1000は、制御器1010、入出力装置1020、記憶装置1030及びインターフェース1040を含みうる。システム1000は、モバイルシステム、または情報を送受信するシステムとしうる。一部実施形態において、前記モバイルシステムは、PDA(personal digital assistant)、ポータブルコンピュータ(portable computer)、ウェブタブレット(web tablet)、無線フォン(wireless phone)、モバイルフォン(mobile phone)、デジタルミュージックプレーヤー(digital music player)またはメモリカード(memory card)としうる。
【0122】
制御器1010は、システム1000での実行プログラムを制御するためのものであって、マイクロプロセッサ(microprocessor)、デジタル信号プロセッサ(digital signal processor)、マイクロコントローラ(microcontroller)またはそれと類似の装置を含んでもよい。入出力装置1020は、システム1000のデータを入力または出力するのに利用されうる。システム1000は、入出力装置1020を利用して、外部装置、例えば、個人用コンピュータまたはネットワークに連結され、外部装置と互いにデータを交換することができる。入出力装置1020は、例えば、キーパッド(keypad)、キーボード(keyboard)または表示装置(display)としうる。
【0123】
記憶装置1030は、制御器1010の動作のためのコード及び/またはデータを保存したり、制御器1010で処理されたデータを保存したりすることができる。記憶装置1030は、本発明による集積回路半導体素子100を含みうる。インターフェース1040は、前記システム1000と外部の他の装置とのデータ伝送通路であるとしうる。制御器1010、入出力装置1020、記憶装置1030及びインターフェース1040は、バス1050を介して互いに通信することができる。
【0124】
本実施形態によるシステム1000は、例えば、モバイルフォン(mobile phone)、MP3プレーヤー、ナビゲーション(navigation)、PMP(portable multimedia player)、SSD(solid state disk)または家電製品(household appliances)にも利用される。
【0125】
図25は、本発明による集積回路半導体素子を含むメモリカードを示す図面である。
【0126】
本実施形態によるメモリカード1100は、記憶装置1110及びメモリ制御器1120を含みうる。記憶装置1110は、データを保存することができる。一部実施形態において、記憶装置1110は、電源供給が中断されても、保存されたデータをそのまま維持することができる不揮発性特性を有することができる。記憶装置1110は、前述の方法によって製造された集積回路半導体素子100を含みうる。
【0127】
メモリ制御器1120は、ホスト1130の読み取り/書き込み要請に応答して、記憶装置1110に保存されたデータを読み取ったり、記憶装置1110にデータを保存したりすることができる。メモリ制御器1120は、前述の方法によって製造された集積回路半導体素子100を含みうる。
【0128】
以上、本発明を、図面に示された実施形態を参照して説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、それらから多様な変形、置換及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。前述の実施形態は、あらゆる面において例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まらなければならない。
【符号の説明】
【0129】
100 集積回路半導体素子
114-1 第1フィールド絶縁層
114-2 第2フィールド絶縁層
114A 第1サブフィールド絶縁層
114B 第2サブフィールド絶縁層
114C 第3サブフィールド絶縁層
116 アクティブ領域
117 パターニングされたバッファ絶縁膜
120 第1フィールドリセスホール
122 第2フィールドリセスホール
124 第3フィールドリセスホール
126 第4フィールドリセスホール
132 ゲート絶縁層
138 ゲート電極
140 埋め込み絶縁層
F1 第1アクティブフィン
F2 第2アクティブフィン
HM ハードマスクパターン
図1
図2
図3A
図3B
図3C
図3D
図4A
図4B
図4C
図4D
図5A
図5B
図5C
図5D
図6A
図6B
図6C
図6D
図7
図8A
図8B
図8C
図8D
図9A
図9B
図9C
図9D
図10A
図10B
図10C
図10D
図11A
図11B
図11C
図11D
図12
図13A
図13B
図13C
図13D
図14A
図14B
図14C
図14D
図15A
図15B
図15C
図15D
図16
図17A
図17B
図17C
図17D
図18A
図18B
図18C
図18D
図19A
図19B
図19C
図19D
図20A
図20B
図20C
図20D
図21
図22A
図22B
図22C
図22D
図23A
図23B
図23C
図23D
図24
図25