KR20090106011A - Method for fabricating pillar pattern - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 채널을 상/하 방향으로 유도하기 위한 필라패턴의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a pillar pattern for guiding a channel in an up / down direction.
반도체 소자의 디자인룰(design rule)이 감소함에 따라 소스 및 드레인(source and drain)을 활성영역 내에 상/하로 배치시켜서 채널이 상/하 방향, 예컨대 수직방향으로 형성되는 반도체 소자가 제안되었다. 그리고, 상/하 방향의 채널은 기둥형상의 필라패턴에 형성된다.As a design rule of a semiconductor device decreases, a semiconductor device in which a channel is formed in an up / down direction, for example, a vertical direction by disposing source and drain up and down in an active region has been proposed. The up / down channels are formed in the pillar-shaped pillar pattern.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따라 채널이 상/하 방향으로 형성되는 반도체 소자의 필라패턴 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pillar pattern of a semiconductor device in which channels are formed in an up / down direction according to the related art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(11)에 복수의 게이트 하드마스크막(12)을 형성한후, 이를 식각장벽으로 기판(11)을 식각하여 필라헤드(13, pillar head)를 형성한다.As shown in FIG. 1A, after forming a plurality of gate
도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 단차를 따라 절연막을 형성하고, 전 면식각 공정을 진행하여 필라헤드(13)의 측벽을 보호하는 측벽보호막(15)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, an insulating film is formed along the step of the
이어서, 측벽보호막(15A)을 식각장벽으로 기판(11)을 식각하여 필라넥(16)을 형성한다. 이로써, 필라헤드(13)와 필라넥(16)을 포함하는 필라패턴이 형성된다.Subsequently, the
그러나, 필라헤드(13)를 형성하는 과정에서, 필라헤드(13) 바닥면 외측의 기판(11)은 기운(14, slope)형상을 갖게 되고, 이후, 필라넥(16)을 형성하는 과정에서 버즈비크(14A, bird beak)형상으로 변형된다.However, in the process of forming the
도 2는 버즈비크 형상(14A)을 촬영한 전자현미경 사진으로, 이를 참조하면 필라헤드(13)와 필라넥(16) 경계지역의 형상이 버즈비크(14A)인 것을 확인할 수 있다.FIG. 2 is an electron microscope photograph of a 14B of Buzzbeek. Referring to this, it can be seen that the shape of the boundary between the
이와 같은 버즈비크(14A)형상은 전계(electric field)를 집중시켜 반도체 소자의 특성을 열화시킬 뿐만 아니라, 필라헤드(13)와 필라넥(16)의 폭, 직경등의 수치를 왜곡시켜 후속 게이트 전극의 형성을 어렵게 하는 문제점을 발생시킨다.The shape of the Buzzbee 14A not only deteriorates the characteristics of the semiconductor device by concentrating an electric field, but also distorts numerical values such as the width and diameter of the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 필라헤드를 형성하는 과정에서 형성되는 기판의 기움형상을 제거하는 필라패턴 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a pillar pattern manufacturing method for removing the shape of the substrate formed in the process of forming the pillar head.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필라패턴 제조 방법은 기판의 일부를 식각하여 복수의 필라헤드를 형성하는 단계, 상기 필라헤드의 측벽에 형성되어 상기 필라헤드 사이의 기판을 노출시키는 식각장벽막을 형성하는 단계, 상기 식각장벽막을 이용하여 상기 필라헤드 사이의 기판 일부를 식각하는 단계, 상기 필라헤드의 측벽에 측벽보호막을 형성하는 단계 및 상기 측벽보호막을 식각장벽으로 기판을 식각하여 필라넥을 형성하는 단계를 포함한다.The pillar pattern manufacturing method of the present invention for achieving the above object is to form a plurality of pillar head by etching a portion of the substrate, an etching barrier film formed on the sidewall of the pillar head to expose the substrate between the pillar head Forming a portion of the substrate between the pillar heads using the etching barrier layer, forming a sidewall protective layer on the sidewall of the pillarhead, and etching the substrate using the sidewall protective layer as an etch barrier to form a pillarneck. It includes a step.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은, 얇은 두께의 식각장벽막을 이용하여 기판의 기움형상을 제거하고, 나아가 버즈비크 형상을 방지한다.The present invention, which is based on the above-mentioned means for solving the problems, removes the shape of the substrate by using an etch barrier film having a thin thickness, and further prevents the shape of the burj beak.
따라서, 전계 집중에 따른 반도체 소자의 특성 열화를 방지하며, 반도체 소자의 수율을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다.Therefore, it is possible to prevent the deterioration of characteristics of the semiconductor device due to the concentration of the electric field, and to increase the yield of the semiconductor device.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위해 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따라 채널이 상/하 방향으로 형성되는 반도체 소자의 필라패턴 제조 방법을 나타낸 공정단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pillar pattern of a semiconductor device in which a channel is formed in an up / down direction according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(21)에 복수의 게이트 하드마스크막패턴(22)을 형성하고, 이를 식각장벽으로 기판(21)을 식각하여 필라헤드(23, pillar head)를 형성한다.As shown in FIG. 3A, a plurality of gate hard
게이트 하드마스크막패턴(22)은 질화막 또는 질화막과 산화막의 적층구조로 형성하며, 게이트 하드마스크막패턴(22)과 기판(21)과의 박막 스트레스(film stress)를 완화하고자 패드 산화막(pad oxide)을 개재할 수 있다. The gate hard
여기서, 게이트 하드마스크막패턴(22)으로 사용하는 질화막은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식으로 형성하고, 산화막은 LPTEOS(Low Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate), PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate), 열산화막(thermal oxide), HTO(High Temperature deposition of Oxide) 및 MTO(Medium Temperature deposition of Oxide)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 박막으로 형성한다.Here, the nitride film used as the gate hard
그리고, 게이트 하드마스크막패턴(22)은 원(circular type) 형상을 갖는다.The gate hard
이어서, 필라헤드(23)와 게이트 하드마스크막패턴(22)의 측벽에 식각장벽 막(24)을 형성한다.Subsequently, an
식각장벽막(24)은 플라즈마 산화(plasma oxidation) 공정을 진행하여 형성한후, 비등방성 식각공정을 진행하여 형성한다. 여기서, 플라즈마 산화 공정은 N2와 O2 플라즈마를 이용하고, 필라헤드(23)를 형성하는 챔버 내에서 인시츄(insitu)로 진행한다. 또는 포토레지스트 스트립퍼(stripper)에서 진행한다.The
위와 같이 플라즈마 산화 공정을 진행하게 되면, 10~30Å의 얇은 식각장벽막(24)이 형성되는데, 이는 종래기술에 해당하는 도 1b의 측벽보호막(15)의 두께에 비해 상대적으로 얇은 두께이다. 도 1b의 측벽보호막(15)은 80~150Å의 두께를 갖바, 이 두꺼운 두께로 인해 기판의 기운형상을 보호하고, 이에 따라 버즈비크 형상을 유발한다. 그러나, 식각장벽막(24)은 얇은 두께를 갖기 때문에 기판(21)의 기운형상(A)을 노출시킬 수 있다.When the plasma oxidation process is performed as described above, a thin
도 3b에 도시된 바와 같이, 식각장벽막(24)을 식각장벽으로 기판(21)을 식각하여 기운형상(A)을 제거한다.As shown in FIG. 3B, the
기운형상(A)의 제거를 위한 식각공정은 등방성 식각 공정으로 진행하는데, 얇은 두께의 식각장벽막(24)으로 인해 기운형상(A)이 노출된 상태이기 때문에 등방성 식각 공정에서 기운형상(A)은 제거된다. 그리고, 등방성 식각 공정은 20~200mTorr의 압력과 10~100W의 바이어스 파워(bias power)를 인가하여 등방성 조건(isotropic condition)을 만든 후, HBr, Cl2, SF6, CF4, O2, N2, He 및 Ar으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 가스를 사용하여 진행한다. 예를 들면, Cl2, O2 및 Ar의 혼합 가스를 사용할 수 있다.The etching process for removing the energy shape (A) proceeds to an isotropic etching process. Since the energy shape (A) is exposed due to the
그리고, 게이트 하드마스크막패턴(22)의 형성 공정부터, 기운형상(A)의 제거 공정까지 인시츄로 진행할 수 있다.Then, the process can be performed in situ from the formation process of the gate hard
도 3c에 도시된 바와 같이, 기운형상(A)이 제거된 기판(21)의 단차를 따라 절연막을 증착하고, 비등방성 식각 공정을 진행하여 측벽보호막(25)을 형성한다. 여기서, 측벽보호막(25)은 80~150Å의 두께를 갖으며, 절연막은 산화막 또는 질화막일 수 있다.As shown in FIG. 3C, an insulating film is deposited along the step of the
도 3d에 도시된 바와 같이, 측벽보호막(25)을 식각장벽으로 기판(21)을 등방성 식각하여 필라넥(26, pillar neck)을 형성한다. 이로써, 필라헤드(23)와 필라넥(26)을 포함하는 필라패턴이 제조된다.As shown in FIG. 3D, a
필라넥(26)의 형성은 Cl2, HBr 및 O2가 혼합된 식각가스를 이용한 기판(21)의 비등방성 식각과, CF4, SF6 및 Ar이 혼합된 식각가스를 이용한 기판(21)의 등방성 식각을 순차적으로 진행하여 형성하거나, 이들 기판(21)의 비등방성 식각과 등방성 식각을 반복 진행하여 형성한다.A substrate formation using a Cl 2, HBr and O 2 are anisotropic etching of the
이때, 상위 공정에서 기판(21)의 기운형상(A)이 제거된 상태이기 때문에 도 4와 같이 버즈비크 형상은 형성되지 않는다. 도 4는 필라패턴의 제조 공정 완료 후, 필라패턴을 촬영한 전자현미경 사진으로, 이를 참조하면, 기판의 기운형상 나아가 버즈비크 형상이 없는 것을 확인할 수 있다.At this time, since the shape A of the
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예는, 필라헤드 사이 기판(21)의 기움형 상(A)을 제거하기 위해 얇은 두게의 식각장벽막(24)을 형성한 후, 이를 식각장벽으로 기판(21)의 기움형상(A)을 식각한다.According to the embodiment of the present invention as described above, in order to remove the angular phase A of the
따라서, 기움형상(A)은 제거되며, 나아가 기판(21)의 버즈비크 형상의 발생을 방지한다.Therefore, the shape A is removed, further preventing the occurrence of the buzz beak shape of the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따라 채널이 상/하 방향으로 형성되는 반도체 소자의 필라패턴 제조 방법을 나타낸 공정단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pillar pattern of a semiconductor device in which channels are formed in an up / down direction according to the related art.
도 2는 버즈비크 형상(14A)을 촬영한 전자현미경 사진.FIG. 2 is an electron microscope photograph of a
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따라 채널이 상/하 방향으로 형성되는 반도체 소자의 필라패턴 제조 방법을 나타낸 공정단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pillar pattern of a semiconductor device in which a channel is formed in an up / down direction according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 필라패턴의 제조 공정 완료 후, 필라패턴을 촬영한 전자현미경 사진.4 is an electron microscope photograph of the pillar pattern after completion of the pillar pattern manufacturing process.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
21 : 기판 22 : 게이트 하드마스크막패턴21
23 : 필라헤드 24 : 식각장벽막23: pillar head 24: etching barrier
25 : 측벽보호막 26 : 필라넥25 sidewall
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |