KR20120030873A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고집적 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고집적 반도체 기억 장치 내 안정적으로 동작하는 매립 워드라인 구조의 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly integrated semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a buried word line structure which operates stably in a highly integrated semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
반도체 기억 장치는 캐패시터 및 트랜지스터로 구성된 단위셀을 다수 포함하고 있으며, 이중 캐패시터는 데이터를 임시 저장하기 위해 사용되고 트랜지스터는 환경에 따라 전기전도도가 변화하는 반도체의 성질을 이용하여 제어 신호(워드 라인)에 대응하여 비트 라인과 캐패시터간 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source), 및 드레인(drain)의 세 영역으로 구성되어 있으며, 게이트로 입력되는 제어 신호에 따라 소스와 드레인 간 전하의 이동이 일어난다. 소스와 드레인 간 전하의 이동은 채널(channel) 영역을 통해 이루어진다.The semiconductor memory device includes a plurality of unit cells composed of a capacitor and a transistor, and a double capacitor is used to temporarily store data, and a transistor is used to control signals (word lines) by using a property of a semiconductor whose electrical conductivity varies depending on the environment. Correspondingly used to transfer data between the bit line and the capacitor. A transistor is composed of three regions: a gate, a source, and a drain. Charge occurs between a source and a drain in accordance with a control signal input to the gate. The transfer of charge between the source and drain occurs through the channel region.
통상적인 트랜지스터를 반도체 기판에 만드는 경우 반도체 기판에 게이트를 형성하고 게이트의 양 옆에 불순물을 도핑하여 소스와 드레인을 형성해왔다. 반도체 기억 장치의 데이터 저장용량이 증가하고 집적도는 높아지면서 각각의 단위셀의 크기는 점점 작게 제조되도록 요구되고 있다. 즉, 단위셀에 포함된 캐패시터와 트랜지스터의 디자인 규칙(Design Rule)이 감소하였고, 이에 따라 셀 트랜지스터의 채널 길이도 점점 줄어들면서 통상적인 트랜지스터에 단채널 효과 및 DIBL(Drain Induced Barrier Lower) 등이 발생하여 동작의 신뢰성이 저하되었다. 채널의 길이가 감소하면서 발생한 현상들은 셀 트랜지스터가 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 문턱 전압을 유지할 경우 극복이 가능하다. 통상적으로, 트랜지스터의 채널이 짧아질수록 채널이 형성되는 영역에 불순물의 도핑 농도를 증가시켜왔다.When conventional transistors are made in a semiconductor substrate, a gate is formed on the semiconductor substrate and doped with impurities on both sides of the gate to form a source and a drain. As the data storage capacity of the semiconductor memory device increases and the degree of integration increases, the size of each unit cell is required to be made smaller and smaller. That is, the design rules of the capacitors and transistors included in the unit cell have been reduced. As a result, the channel length of the cell transistors has gradually decreased, resulting in short channel effects and drain induced barrier lower (DIBL). The reliability of the operation was lowered. Phenomena that occur as the channel length decreases can be overcome by maintaining the threshold voltage so that the cell transistor can perform normal operation. Typically, the shorter the channel of the transistor, the higher the doping concentration of impurities in the region where the channel is formed.
하지만, 디자인 규칙이 100nm 이하로 감소하면서 그만큼 채널 영역에 도핑 농도가 더 증가하는 것은 SN접합(Storage Node(SN) junction)에서의 전계를 증가시켜 반도체 기억 장치의 리프레쉬 특성을 저하시키는 또 다른 문제를 야기한다. 이를 극복하기 위해 디자인 규칙이 감소하더라도 셀 트랜지스터의 채널 길이를 유지할 수 있도록 채널이 수직 방향으로 길게 확보된 3차원 채널 구조를 가진 셀 트랜지스터를 사용한다. 즉, 수평 방향의 채널 폭이 짧더라도 수직 방향으로 채널 길이를 확보한 만큼 도핑 농도를 감소시킬 수 있어 리프레쉬 특성이 나빠지는 것을 막는다.However, as the design rule decreases to less than 100 nm, the increase in doping concentration in the channel region further increases the electric field at the storage node (SN) junction, thereby degrading the refresh characteristics of the semiconductor memory device. Cause. To overcome this problem, a cell transistor having a three-dimensional channel structure having a long channel length in the vertical direction is used to maintain the channel length of the cell transistor even if the design rule is reduced. That is, even if the channel width in the horizontal direction is short, the doping concentration can be reduced by securing the channel length in the vertical direction, thereby preventing the refresh characteristics from deteriorating.
아울러, 반도체 소자의 집적도가 높아질수록 셀 트랜지스터에 연결된 워드 라인과 비트 라인 사이의 거리가 가까워진다. 이로 인해 발생하는 기생 캐패시턴스가 증가하면서 비트 라인을 통해 전달되는 데이터를 증폭하는 센스 앰프의 동작 마진이 악화되어 반도체 장치의 동작 신뢰성에 치명적인 영향을 끼치는 등의 단점이 발생하였다. 이러한 점을 극복하기 위해 비트 라인과 워드 라인 간의 기생 캐패시턴스를 줄이기 위해 워드 라인을 반도체 기판의 상부가 아닌 리세스 내에만 형성하는 매립 워드 라인 구조가 제안되었다. 매립 워드 라인 구조는 반도체 기판 내 형성된 리세스 내에 도전 물질을 형성하고 도전 물질의 상부를 절연막으로 덮어 워드 라인이 반도체 기판 내에 매립되도록 함으로써 소스/드레인이 형성되는 반도체 기판상에 형성되는 비트 라인과의 전기적인 격리를 명확하게 할 수 있다.In addition, as the degree of integration of the semiconductor device increases, the distance between the word line and the bit line connected to the cell transistor is closer. As the parasitic capacitance increases, the operating margin of the sense amplifier, which amplifies the data transmitted through the bit line, is deteriorated, which adversely affects the operation reliability of the semiconductor device. In order to overcome this problem, a buried word line structure has been proposed in which word lines are formed only in recesses, not on top of a semiconductor substrate, in order to reduce parasitic capacitance between bit lines and word lines. The buried word line structure is formed with a bit line formed on a semiconductor substrate on which a source / drain is formed by forming a conductive material in a recess formed in the semiconductor substrate and covering the upper portion of the conductive material with an insulating film so that the word line is buried in the semiconductor substrate. Electrical isolation can be clarified.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 활성 영역(110)을 정의하는 소자분리영역(120)을 형성한다. 이때, 활성 영역(110)은 라인 타입으로 형성한다. 여기서, 소자분리영역(120)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공법으로 형성할 수 있다. 먼저, 반도체 기판(100) 상에 패드 절연막(미도시) 증착한다. 이후, 패드 절연막 상에 감광막(미도시)을 증착하고 활성 영역(110)을 정의하는 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행한다. 다음에, 노출된 패드 절연막과 반도체 기판(1OO)을 식각하여 형성된 트렌치(미도시)에 라이너 산화막(130), 라이너 질화막(140) 및 SOD(Spin On Dielectric) 물질(150)을 매립하고 패드 절연막이 노출될 때까지 평탄화(Chemical Mechanical Polishing)하여 소자분리영역(120)을 완성한다.Referring to FIG. 1A, an
다음에는, 활성 영역(110) 및 소자분리영역(120) 상부에 하드마스크층(160)을 증착한다. 이때, 하드마스크층(160)은 질화막(Nitride)으로 형성한다. 그리고, 하드마스크층(160) 상에 감광막(미도시)을 형성한 후, 매립 게이트(Buried Gate)를 정의한 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행하여 하드마스크층(160)을 패터닝 한다. 이후, 패터닝된 하드마스크층(160)을 식각 마스크로 활성 영역(110) 및 소자분리영역(120)을 식각하여 게이트 영역(170)을 형성한다. 이때, 게이트 영역(170)을 형성하기 위한 식각 공정은 비등방 식각 공정을 이용한다. Next, a
도 1b를 참조하면, 게이트 영역(170)의 계면 처리를 위하여 클리닝(Cleaning) 공정 시 하드마스크층(160)과 SOD 물질(150)과 같은 산화막(Oxide)의 식각 선택비 차이로 인하여 게이트 영역(170)의 상부에 'A'와 같이 보잉(180, bowing) 불량이 발생한다. 이러한 보잉(180) 불량으로 인하여 활성 영역(110) 내 게이트 영역(170)과 소자분리영역(120) 내 게이트 영역(170)의 식각 정도가 불균일하여 특성 열화가 발생한다. Referring to FIG. 1B, a gate region (eg, due to a difference in etching selectivity of an oxide such as a
도 1c를 참조하면, 게이트 영역(170)에 산화(Oxidation) 공정을 실시하고, 게이트 전극층(190)을 매립 후, 게이트 전극층(190)을 에치백(Etchback)한다. 이때, 게이트 영역(170)에 게이트 전극층(190) 매립 후, 게이트 전극층(190)의 에치백 시 식각 정도가 'B' 및 'C'(도 2 참조)와 같이 서로 불균일하여 후속 공정 시 랜딩 플러그(미도시)와 게이트 전극층(190) 간에 쇼트 불량이 발생하는 문제점이 있다.Referring to FIG. 1C, an oxidation process is performed on the
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 매립 게이트 예정 마스크를 이용하여 활성 영역 및 소자분리막을 패터닝한 후, 소자분리막의 절연막을 클리닝 공정으로 확장하고, 패터닝된 영역에 캡핑(Capping)막을 매립한 다음에 매립 게이트 마스크를 이용하여 캡핑막, 활성 영역 및 소자분리막을 식각하여 매립 게이트 영역을 형성한다. 이후, 매립 게이트 영역의 하부에 노출된 절연막을 클리닝 공정으로 확장한 다음에 게이트 전극 물질을 증착하고 게이트 전극 물질을 에치백(etchback)함으로써 게이트 전극 물질의 에치백 공정 시 활성 영역의 상부에서 발생하는 보잉(bowing) 불량을 방지하여 안정된 공정을 진행할 수 있으며 후속 공정 시 랜딩플러그와 매립 게이트 간의 쇼트 페일을 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses the buried gate predetermined mask to pattern the active region and the device isolation film, and then expands the insulating film of the device isolation film by a cleaning process and applies a capping film to the patterned area. After the filling, the buried gate mask is etched using the buried gate mask to form the buried gate region. Thereafter, the insulating layer exposed to the lower portion of the buried gate region is extended to the cleaning process, and then the gate electrode material is deposited and the gate electrode material is etched back to etch back the gate electrode material. The present invention provides a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can prevent a bowing defect and proceed a stable process, and prevent short failing between the landing plug and the buried gate in a subsequent process.
본 발명은 반도체 기판에 활성 영역을 정의하는 소자분리영역을 형성하는 단계, 상기 소자분리영역 및 상기 활성 영역을 식각하여 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계, 상기 제 1 게이트 영역 및 상기 반도체 기판상에 캡핑(Capping)막을 형성하는 단계, 상기 캡핑막 및 상기 반도체 기판을 식각하여 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계 및 상기 제 2 게이트 영역에 게이트 전극 물질을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for forming a semiconductor device, the method comprising: forming a device isolation region defining an active region in a semiconductor substrate, forming a first gate region by etching the device isolation region and the active region, on the first gate region and the semiconductor substrate Forming a capping layer, etching the capping layer and the semiconductor substrate to form a second gate region, and depositing a gate electrode material on the second gate region; It provides a method for producing.
바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계는 상기 반도체 기판을 비등방 식각하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the forming of the first and second gate regions is performed by anisotropically etching the semiconductor substrate.
바람직하게는, 상기 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계는 매립 게이트 예정 영역 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역을 소정 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the first gate region may include etching the active region and the device isolation region by using a buried gate predetermined region mask as an etching mask.
바람직하게는, 상기 매립 게이트 예정 영역 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역을 소정 식각하는 단계에서 식각되는 깊이는 400Å ~ 800Å로 식각하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the etching depth of the active region and the device isolation region by using the buried gate predetermined region mask as an etch mask is etched to be 400 Å to 800 Å.
바람직하게는, 상기 반도체 기판에 활성 영역을 정의하는 소자분리영역을 형성하는 단계와 상기 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계 사이에 상기 반도체 기판상에 하드마스크층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method further includes forming a hard mask layer on the semiconductor substrate between forming an isolation region defining an active region in the semiconductor substrate and forming the first gate region. It is done.
바람직하게는, 상기 하드마스크층은 질화막(Nitride)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the hard mask layer is characterized in that it comprises a nitride (Nitride).
바람직하게는, 상기 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계와 상기 캡핑막을 형성하는 단계 사이에 상기 제 1 게이트 영역을 클리닝(Cleaning)하여 상기 제 1 게이트 영역의 하부를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method further comprises: cleaning the first gate region between the forming of the first gate region and the forming of the capping layer to extend a lower portion of the first gate region. It is done.
바람직하게는, 상기 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계 이후, 상기 제 2 게이트 영역을 클리닝(Cleaning)하여 상기 제 2 게이트 영역의 하부를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, after the forming of the second gate region, the method further comprises cleaning the second gate region to extend a lower portion of the second gate region.
바람직하게는, 상기 제 2 게이트 영역의 하부를 확장하는 단계 이후, 상기 제 2 게이트 영역을 산화(Oxidation)하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, after the step of expanding the lower portion of the second gate region, further comprising the step of oxidizing the second gate region (Oxidation).
바람직하게는, 상기 캡핑(Capping)막은 질화막(Nitride)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the capping film is characterized in that it comprises a nitride film (Nitride).
바람직하게는, 상기 게이트 전극 물질은 폴리실리콘, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 텅스텐나이트라이드(WN), 티타늄(Ti), 티타늄나이트라이드(TiN)를 포함하거나 또는 티타늄나이트라이드(TiN) 및 텅스텐(W)의 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate electrode material comprises polysilicon, aluminum (Al), tungsten (W), tungsten nitride (WN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN) or titanium nitride (TiN) And it is characterized in that it comprises a laminated structure of tungsten (W).
바람직하게는, 상기 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계는 상기 매립 게이트 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 캡핑막, 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the second gate region may include etching the capping layer, the active region, and the device isolation region by using the buried gate mask as an etch mask.
바람직하게는, 상기 게이트 전극 물질을 증착하는 단계 이후, 상기 게이트 전극 물질을 에치백(etchback)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, after the depositing the gate electrode material, the method further comprises etching the gate electrode material.
아울러, 본 발명은 반도체 기판에 구비된 매립 게이트 영역, 상기 반도체 기판 상부 및 상기 매립 게이트 영역의 측벽에 구비된 캡핑(Capping)막 및 상기 매립 게이트 영역 내에 형성된 게이트 전극 물질을 포함하는 매립 게이트를 특징으로 하는 반도체 소자를 제공한다.In addition, the present invention features a buried gate including a buried gate region provided in a semiconductor substrate, a capping layer provided on an upper side of the semiconductor substrate and sidewalls of the buried gate region, and a gate electrode material formed in the buried gate region. A semiconductor device is provided.
바람직하게는, 상기 캡핑(Capping)막은 질화막(Nitride)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the capping film is characterized in that it comprises a nitride film (Nitride).
바람직하게는, 상기 게이트 전극 물질은 폴리실리콘, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 텅스텐나이트라이드(WN), 티타늄(Ti), 티타늄나이트라이드(TiN)를 포함하거나 또는 티타늄나이트라이드(TiN) 및 텅스텐(W)의 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate electrode material comprises polysilicon, aluminum (Al), tungsten (W), tungsten nitride (WN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN) or titanium nitride (TiN) And it is characterized in that it comprises a laminated structure of tungsten (W).
바람직하게는, 상기 게이트 전극 물질은 상기 매립 게이트 영역 내에 구비되되, 상기 매립 게이트 영역의 측벽에 구비된 상기 캡핑막보다 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate electrode material is provided in the buried gate region, and positioned below the capping layer provided on the sidewall of the buried gate region.
본 발명은 매립 게이트 예정 마스크를 이용하여 활성 영역 및 소자분리막을 패터닝한 후, 소자분리막의 절연막을 클리닝 공정으로 확장하고, 패터닝된 영역에 캡핑(Capping)막을 매립한 다음에 매립 게이트 마스크를 이용하여 캡핑막, 활성 영역 및 소자분리막을 식각하여 매립 게이트 영역을 형성한다. 이후, 매립 게이트 영역의 하부에 노출된 절연막을 클리닝 공정으로 확장한 다음에 게이트 전극 물질을 증착하고 게이트 전극 물질을 에치백(etchback)함으로써 게이트 전극 물질의 에치백 공정 시 활성 영역의 상부에서 발생하는 보잉(bowing) 불량을 방지하여 안정된 공정을 진행할 수 있으며 후속 공정 시 랜딩플러그와 매립 게이트 간의 쇼트 페일을 방지할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, after the active region and the device isolation layer are patterned using the buried gate predetermined mask, the insulating layer of the device isolation layer is expanded by a cleaning process, and a capping layer is embedded in the patterned region, and then the buried gate mask is used. The capping layer, the active region and the device isolation layer are etched to form a buried gate region. Thereafter, the insulating layer exposed to the lower portion of the buried gate region is extended to the cleaning process, and then the gate electrode material is deposited and the gate electrode material is etched back to etch back the gate electrode material. A stable bowing process can be performed to prevent bowing defects, and a short fail between the landing plug and the buried gate can be prevented in a subsequent step.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들.
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법의 문제점을 도시한 사진.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the prior art.
Figure 2 is a photograph showing a problem of a semiconductor device and a manufacturing method according to the prior art.
3A to 3G are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법을 도시한 단면도이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(200)에 활성 영역(210)을 정의하는 소자분리영역(220)을 형성한다. 이때, 활성 영역(210)은 라인(Line) 또는 섬(island) 타입으로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 소자분리영역(220)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공법으로 형성할 수 있다. 먼저, 반도체 기판(200) 상에 패드 절연막(미도시) 증착한다. 이후, 패드 절연막 상에 감광막(미도시)을 증착하고 활성 영역(210)을 정의하는 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행한다. 다음에, 노출된 패드 절연막과 반도체 기판(2OO)을 식각하여 형성된 트렌치(미도시)에 라이너 산화막(230), 라이너 질화막(240) 및 SOD(Spin On Dielectric) 물질(250)을 매립하고 패드 절연막이 노출될 때까지 평탄화(Chemical Mechanical Polishing)하여 소자분리영역(220)을 완성한다.Referring to FIG. 3A, an
다음에는, 활성 영역(210) 및 소자분리영역(220) 상부에 하드마스크층(260)을 증착한다. 이때, 하드마스크층(260)은 질화막(Nitride)으로 형성하는 것이 바람직하다.Next, a
도 3b를 참조하면, 하드마스크층(260) 상에 감광막(미도시)을 형성한 후, 매립 게이트 예정 마스크를 이용하여 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 하드마스크층(260), 활성 영역(210) 및 소자분리영역(220)의 SOD 물질(250)을 식각하여 제 1 게이트 영역(270)을 형성한다. 여기서, 하드마스크층(260), 소자분리영역(220) 및 활성 영역(210)을 식각하여 형성된 제 1 게이트 영역(270)의 깊이(depth)는 하드마스크층(260)으로부터 400Å ~ 800Å의 깊이로 식각되어 형성하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 하드마스크층(260)으로부터 600Å ~ 650Å 깊이로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3B, after forming a photoresist film (not shown) on the
도 3c를 참조하면, 제 1 게이트 영역(270)에 클리닝(Cleaning) 공정을 실시하여 제 1 게이트 영역(270)의 하부(280)를 확장시킨다. 이때, 활성 영역(210)과 소자분리영역(220)의 물질 성분이 다르므로 서로 다른 물질의 선택 식각비를 이용하되, 활성 영역(210)의 실리콘(Si)은 거의 식각되지 않고, 소자분리영역(220)의 SOD 물질(150)을 충분히 식각하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3C, a cleaning process is performed on the
도 3d를 참조하면, 제 1 게이트 영역(270), 제 1 게이트 영역(270)의 확장된 하부(280) 및 하드마스크층(260) 상에 캡핑(capping)막(290)을 형성한다. 이때, 캡핑막(290)은 질화막(Nitride)을 포함하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3D, a
도 3e를 참조하면, 캡핑막(290) 상에 감광막(미도시)을 형성한 후, 매립 게이트(Buried Gate)를 정의한 마스크를 이용하여 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 감광막 패턴을 식각 마스크로 캡핑막(290), 소자분리영역(220) 및 활성 영역(210)을 식각하여 제 2 게이트 영역(300)을 형성한다. 이때, 제 2 게이트 영역(300)을 형성하기 위한 식각 공정은 비등방(Anisotropic) 식각 공정을 이용하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3E, after forming a photoresist film (not shown) on the
도 3f를 참조하면, 제 2 게이트 영역(300)의 계면 처리를 위하여 클리닝(Cleaning) 공정을 실시하여 확장된 제 2 게이트 영역(310)을 형성한다. 이때, 클리닝 공정 시, 제 2 게이트 영역(310)의 하부의 SOD 물질(250)만 식각된다. 이러한 클리닝 공정 시, 제 2 게이트 영역(300)의 상부가 아닌 하부가 식각되어 활성 영역(210)에 인접하여 발생하는 보잉(bowing) 불량을 방지할 수 있다. 또한, 제 2 게이트 영역(300)의 측벽에 증착되어 있는 캡핑막(290)으로 인하여 소자분리영역(220)의 게이트 영역(300)의 식각 정도를 균일하게 조절 가능하고 특성 열화의 발생을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 3F, a cleaning process is performed to interface the
도 3g를 참조하면, 게이트 영역(300)에 산화(Oxidation) 공정을 실시하고, 게이트 영역(300)에 게이트 전극층(320)을 매립하고 게이트 전극층(320)을 에치백(Etchback)한다. 이때, 게이트 영역(300) 내에 게이트 전극층(320) 매립 후, 게이트 전극층(320)의 에치백 시 식각되는 정도가 균일하여 랜딩 플러그(미도시)와 게이트 전극층(190) 간에 쇼트 불량을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 3G, an oxidation process is performed in the
전술한 바와 같이, 본 발명은 매립 게이트 예정 마스크를 이용하여 활성 영역 및 소자분리막을 패터닝한 후, 소자분리막의 절연막을 클리닝 공정으로 확장하고, 패터닝된 영역에 캡핑(Capping)막을 매립한 다음에 매립 게이트 마스크를 이용하여 캡핑막, 활성 영역 및 소자분리막을 식각하여 매립 게이트 영역을 형성한다. 이후, 매립 게이트 영역의 하부에 노출된 절연막을 클리닝 공정으로 확장한 다음에 게이트 전극 물질을 증착하고 게이트 전극 물질을 에치백(etchback)함으로써 게이트 전극 물질의 에치백 공정 시 활성 영역의 상부에서 발생하는 보잉(bowing) 불량을 방지하여 안정된 공정을 진행할 수 있으며 후속 공정 시 랜딩플러그와 매립 게이트 간의 쇼트 페일을 방지할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, after the active region and the device isolation layer are patterned using the buried gate predetermined mask, the insulating film of the device isolation layer is extended to a cleaning process, and the capping layer is embedded in the patterned area. The buried gate region is formed by etching the capping layer, the active region and the device isolation layer using the gate mask. Thereafter, the insulating layer exposed to the lower portion of the buried gate region is extended to the cleaning process, and then the gate electrode material is deposited and the gate electrode material is etched back to etch back the gate electrode material. A stable bowing process can be performed to prevent bowing defects, and a short fail between the landing plug and the buried gate can be prevented in a subsequent step.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
Claims (17)
상기 소자분리영역 및 상기 활성 영역을 식각하여 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계;
상기 제 1 게이트 영역 및 상기 반도체 기판상에 캡핑(Capping)막을 형성하는 단계;
상기 캡핑막 및 상기 반도체 기판을 식각하여 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 게이트 영역에 게이트 전극 물질을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법. Forming an isolation region defining an active region in the semiconductor substrate;
Etching the device isolation region and the active region to form a first gate region;
Forming a capping layer on the first gate region and the semiconductor substrate;
Etching the capping layer and the semiconductor substrate to form a second gate region; And
Forming a gate electrode material in the second gate region
And forming a second insulating film on the semiconductor substrate.
상기 제 1 및 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계는 상기 반도체 기판을 비등방 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
The forming of the first and second gate regions may be performed by anisotropically etching the semiconductor substrate.
상기 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계는
매립 게이트 예정 영역 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역을 소정 깊이로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
Forming the first gate region
And etching the active region and the device isolation region to a predetermined depth by using a buried gate predetermined region mask as an etch mask.
상기 매립 게이트 예정 영역 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역을 소정 식각하는 단계에서 식각되는 깊이는 400Å ~ 800Å로 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 3, wherein
And etching the active region and the device isolation region by using the buried gate planar region mask as an etch mask.
상기 반도체 기판에 활성 영역을 정의하는 소자분리영역을 형성하는 단계 후, 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역 상부에 하드마스크층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
And forming a hard mask layer over the active region and the device isolation region after forming the device isolation region defining an active region on the semiconductor substrate.
상기 하드마스크층은 질화막(Nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 5, wherein
The hard mask layer includes a nitride film (Nitride) characterized in that the manufacturing method of the semiconductor device.
상기 제 1 게이트 영역을 형성하는 단계 이후,
상기 제 1 게이트 영역을 클리닝(Cleaning)하여 상기 제 1 게이트 영역의 하부를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
After the forming of the first gate region,
Cleaning the first gate area to extend a lower portion of the first gate area.
상기 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계 이후,
상기 제 2 게이트 영역을 클리닝(Cleaning)하여 상기 제 2 게이트 영역의 하부를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
After forming the second gate region,
And cleaning the second gate area to extend a lower portion of the second gate area.
상기 제 2 게이트 영역의 하부를 확장하는 단계 이후, 상기 제 2 게이트 영역을 산화(Oxidation)하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 8,
And after the lowering of the second gate region, oxidizing the second gate region.
상기 캡핑(Capping)막은 질화막(Nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
The capping film manufacturing method of a semiconductor device characterized in that it comprises a nitride film (Nitride).
상기 게이트 전극 물질은 폴리실리콘, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 텅스텐나이트라이드(WN), 티타늄(Ti) 또는 티타늄나이트라이드(TiN)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
The gate electrode material includes polysilicon, aluminum (Al), tungsten (W), tungsten nitride (WN), titanium (Ti) or titanium nitride (TiN).
상기 제 2 게이트 영역을 형성하는 단계는
상기 매립 게이트 마스크를 식각 마스크로 이용하여 상기 캡핑막, 상기 활성 영역 및 상기 소자분리영역을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
Forming the second gate region
And etching the capping layer, the active region, and the device isolation region by using the buried gate mask as an etch mask.
상기 게이트 전극 물질을 증착하는 단계 이후,
상기 게이트 전극 물질을 에치백(etchback)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 1,
After depositing the gate electrode material,
And etching back the gate electrode material.
상기 반도체 기판 상부 및 상기 매립 게이트 영역의 측벽에 구비된 캡핑(Capping)막; 및
상기 매립 게이트 영역 내에 형성된 게이트 전극 물질을 포함하는 매립 게이트
를 특징으로 하는 반도체 소자.A buried gate region provided in the semiconductor substrate;
A capping layer formed on the semiconductor substrate and on sidewalls of the buried gate region; And
A buried gate comprising a gate electrode material formed in the buried gate region
A semiconductor device characterized in that.
상기 캡핑(Capping)막은 질화막(Nitride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 14,
The capping layer is a semiconductor device, characterized in that it comprises a nitride (Nitride).
상기 게이트 전극 물질은 폴리실리콘, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 텅스텐나이트라이드(WN), 티타늄(Ti), 티타늄나이트라이드(TiN)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 14,
The gate electrode material comprises polysilicon, aluminum (Al), tungsten (W), tungsten nitride (WN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN).
상기 게이트 전극 물질은 상기 매립 게이트 영역 내에 구비되되, 상기 매립 게이트 영역의 측벽에 구비된 상기 캡핑막보다 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 14,
And the gate electrode material is disposed in the buried gate region, and is located below the capping layer provided on the sidewall of the buried gate region.
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