KR100252904B1 - Method for forming oxide film of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 대한 것으로 특히, 한 칩내에 형성된 소자에 서로다른 동작전압을 인가하여 동작시킬 때 소자의동작 신뢰성을 개선하기에 적당한 반도체 소자의 산화막 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
첨부 도면을 참조하여 종래 반도체 소자에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor device will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 반도체 소자를 나타낸 구조단면도이고, 도 2a내지 2c는 종래 반도체 소자의 산화막 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.1 is a structural cross-sectional view showing a conventional semiconductor device, Figures 2a to 2c is a process cross-sectional view showing a method of forming an oxide film of a conventional semiconductor device.
종래 반도체 소자는 도 1에 도시한 바와 같이 한 칩(chip)내의 셀영역과 페리영역에 각각 반도체 소자가 형성되어 있는 것으로 반도체 기판(1)상에 같은 두께를 갖는 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)이 차례대로 적층되어 있다. 그리고 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)의 양측면을 따라서 측벽스페이서(7)가 형성되어 있다. 그리고 상기 측벽스페이서(7)의 하부를 포함한 반도체 기판(1)의 표면내에 저농도 소오스/드레인 영역(6)이 형성되어 있다. 그리고 상기 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)과 측벽스페이서(7)양측의 반도체 기판(1)내에 상기 저농도 소오스/드레인 영역(6)보다 깊은 깊이를 갖고 고농도 소오스/드레인 영역이 형성되어 있다.In the conventional semiconductor device, as shown in FIG. 1, semiconductor devices are formed in cell regions and ferry regions in a chip, respectively. The
상기와 같이 같은 두께의 게이트산화막을 갖는 종래 반도체 소자의 제조방법은 도 2a에 도시한 바와 같이 반도체 기판(1)상에 산화막(2)과 폴리실리콘층(3)과 텅스텐실리사이드층(4)과 질화막(5)을 차례대로 증착한다. 이때 폴리실리콘층(3)은 도핑되어 있다.A conventional method of manufacturing a semiconductor device having a gate oxide film having the same thickness as described above includes an oxide film 2, a polysilicon layer 3, a
다음에 도 2b에 도시한 바와 같이 감광막(도면에는 도시되지 않았음)을 도포한 후 게이트형성 마스크를 사용하여 감광막을 선택적으로 패터닝한다. 이후에 패터닝된 감광막을 마스크로 이용하여 산화막(2)과 폴리실리콘층(3)과 텅스텐실리사이드층(4)과 질화막(5)을 차례대로 이방성 식각하여 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)을 형성한다. 그리고 감광막을 제거한다. 이때 셀영역과 페리영역에 갖은 두께를 갖는 게이트산화막(2a)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 2B, a photoresist film (not shown) is applied, and then the photoresist film is selectively patterned using a gate forming mask. Thereafter, using the patterned photoresist as a mask, the oxide film 2, the polysilicon layer 3, the
도 2c에 도시한 바와 같이 상기 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)의 양측 반도체기판(1)의 표면내에 저농도 불순물이온을 주입하여 저농도 소오스/드레인 영역(6)을 형성한다. 그리고 전면에 산화막을 증착한 후 에치백하여 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)의 양측면에 측벽스페이서(7)를 형성한다. 이후에 게이트산화막(2a)과 폴리게이트층(3a)과 텅스텐실리사이드층(4)과 캡질화막(5a)과 측벽스페이서(7)의 양측에 고농도 불순물이온을 상기 저농도 소오스/드레인 영역(6)보다 깊게 주입하여 고농도 소오스/드레인 영역(8)을 형성한다.As shown in FIG. 2C, low concentration impurity ions are injected into the surface of the
상기와 같은 방법을 통하여 한 칩내의 셀영역과 페리영역에 게이트산화막의 두께가 같은 소자를 형성한다.Through the above method, the same thickness of the gate oxide film is formed in the cell region and the ferry region in one chip.
상기와 같은 종래 반도체 소자의 제조방법은 다음과 문제가 있다.The conventional method for manufacturing a semiconductor device as described above has the following problems.
서로다른 동작전압을 갖는 소자에서 예를 들어 특히 페리퍼럴영역에서 고속동작을 하기위해서는 게이트산화막의 두께가 얇아야 한다. 이에따라서 종래의 방법과 같이 페리영역과 셀영역에 얇은 게이트산화막을 형성한다. 그리고 페리영여과 셀영역에 서로다른 동작전압을 사용하여 소자를 동작시키면 셀영역과 페리영역의 게이트산화막의 에지에서의 전계가 서로 다르게 걸린다. 이에따라서 셀영역의 게이트전극의 에지에서의 전계가 증가하여 리프래쉬 타임에 악영향을 미치게된다.In order to operate at high speed in devices having different operating voltages, for example, in the peripheral region, the gate oxide film must be thin. Accordingly, a thin gate oxide film is formed in the ferry region and the cell region as in the conventional method. When the device is operated using different operating voltages in the ferry filtration cell region, the electric fields at the edges of the gate oxide of the cell region and the ferry region are different from each other. As a result, the electric field at the edge of the gate electrode of the cell region increases, which adversely affects the refresh time.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 한 칩내에 형성된 소자에 서로다른 동작전압을 인가하여 동작시킬 때 소자가 동작신뢰성을 높일 수 있는 반도체 소자의 산화막 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, to provide a method for forming an oxide film of a semiconductor device that can improve the operation reliability of the device when operating by applying different operating voltage to the device formed in one chip. The purpose is.
도 1은 종래 반도체 소자를 나타낸 구조단면도1 is a structural cross-sectional view showing a conventional semiconductor device
도 2a내지 2c는 종래 반도체 소자의 산화막 형성방법을 나타낸 공정단면도2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of forming an oxide film of a conventional semiconductor device.
도 3은 본 발명에 따라 형성한 반도체 소자의 구조단면도3 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device formed in accordance with the present invention.
도 4a내지 4e는 본 발명 반도체 소자의 산화막 형성방법을 나타낸 공정단면도4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of forming an oxide film of a semiconductor device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21: 반도체 기판 22: 버퍼산화막21: semiconductor substrate 22: buffer oxide film
23: 질화막 24: 제 1 게이트산화막23: nitride film 24: first gate oxide film
25: 제 2 게이트산화막 26: 폴리게이트층25 second
27: 텅스텐실리사이드층 28: 캡질화막층27: tungsten silicide layer 28: cap nitride film layer
29: 저농도 소오스/드레인 영역 30: 측벽스페이서29: low concentration source / drain region 30: sidewall spacer
31: 고농도 소오스/드레인 영역31: High concentration source / drain area
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 반도체 소자의 산화막 형성방법은 기판에 제 1 절연막과 제 2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 기판의 상기 제 1 절연막이 일부 드러나도록 제 2 절연막을 선택적으로 제거하는 공정과, 상기 드러난 제 1 절연막과 상기 기판에 얇은 트랜치를 형성하는 공정과, 상기 제 2 절연막을 마스크로 트랜치에 제 1 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1, 제 2 절연막을 제거하는 공정과, 상기 기판에 상기 제 1 게이트절연막보다 얇은 두께를 갖는 제 2 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1 게이트절연막과 제 2 게이트 절연막상에 각각 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극양측의 상기 기판에 불순물영역을 형성하는 공정을 포함함을 특징으로 한다.The oxide film forming method of the semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a step of forming a first insulating film and a second insulating film on the substrate, and selectively removing the second insulating film so that the first insulating film of the substrate is partially exposed Forming a thin trench in the exposed first insulating film and the substrate; forming a first gate insulating film in the trench using the second insulating film as a mask; and removing the first and second insulating films. Forming a second gate insulating film having a thickness thinner than the first gate insulating film on the substrate, forming a gate electrode on the first gate insulating film and the second gate insulating film, respectively; And forming an impurity region in the substrate on both sides.
첨부 도면을 참조하여 본 발명 반도체 소자의 산화막 형성방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.The oxide film forming method of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따라 형성한 반도체 소자의 구조단면도이고, 도 4a내지 4e는 본 발명 반도체 소자의 산화막 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.3 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device formed according to the present invention, and FIGS. 4A to 4E are process cross-sectional views showing an oxide film forming method of the semiconductor device of the present invention.
본 발명에 따라 형성한 반도체 소자는 도 3에 도시한 바와 같이 반도체 기판(21)에 두께가 다른 게이트산화막을 구비한 소자가 형성되어 있다. 즉, 반도체 기판(21)의 일영역에 반도체 기판(21)의 표면이 더 식각된 부분에 제 1 게이트산화막(24)이 형성되어 있고, 제 1 게이트산화막(24)상에 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)이 차례로 적층되어 있다. 그리고 제 1 게이트산화막(24)과 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)의 양측면에 측벽스페이서(30)가 형성되어 있다.In the semiconductor device formed in accordance with the present invention, as shown in FIG. 3, a device having a gate oxide film having a different thickness is formed on the
그리고 반도체 기판(21)의 다른 영역상에 상기 제 1 게이트산화막(24)보다 얇은 두께를 갖도록 제 2 게이트산화막(25)이 형성되어 있다. 그리고 제 2 게이트산화막(25)상에 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)이 차례로 적층되어 있다. 그리고 상기 제 2 게이트산화막(25)과 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)의 양측면에 측벽스페이서(30)가 형성되어 있다. 그리고 상기 측벽스페이서(30)의 하부를 포함한 드러난 반도체 기판(21)의 표면내에 저농도 소오스/드레인 영역(29)이 형성되어 있다. 그리고 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)과 측벽스페이서(30)의 양측 반도체 기판(21)에 상기 저농도 소오스/드레인 영역(29)보다 깊은 깊이를 갖는 고농도 소오스/드레인 영역(31)이 형성되어 있다.The second
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 반도체 소자의 산화막 형성방법은 도 4a에 도시한 바와 같이 반도체 기판(21)에 버퍼산화막(22)과 질화막(23)을 증착한다. 그리고 질화막(23)상에 감광막(도면에는 도시되지 않았음)을 도포한다. 이후에 감광막을 노광 및 현상공정으로 소정부분 패터닝한다. 패터닝된 감광막을 마스크로 이용하여 질화막(23)을 이방성 식각한다. 그리고 감광막을 제거한다.In the method of forming an oxide film of the semiconductor device of the present invention having the above configuration, the
도 4b에 도시한 바와 같이 상기 식각된 질화막(23)을 마스크로 이용하여 드러난 버퍼산화막(22)과 반도체 기판(21)에 얇은 트랜치를 형성한다. 그리고 열산화공정으로 트랜치가 형성된 반도체 기판(21)에 제 1 게이트산화막(24)을 형성한다. 이와 같이 질화막(23)을 마스크로 이용하여 열산화하므로써 선택적으로 제 1 게이트산화막(24)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 4B, a thin trench is formed in the exposed
도 4c에 도시한 바와 같이 상기 질화막(23)을 인산에 담가 제거하고, 또한 버퍼산화막(22)도 제거하여 반도체 기판(21)과 제 1 게이트산화막(24)만 드러나도록 한다. 이때 제 1 게이트산화막(24)과 반도체 기판(21)은 평평한 표면을 나타낸다.As shown in FIG. 4C, the
도 4d에 도시한 바와 같이 상기 제 1 게이트산화막(24)과 반도체 기판(21)에 열산화공정으로 제 2 게이트산화막(25)을 형성한다. 이와 같이 제 2 게이트산화막(25)은 반도체 기판(21)위의 물질을 모두제거한 후에 열산화하여 형성하기 때문에 질좋은 제 2 게이트산화막(25)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 4D, the second
도 4e에 도시한 바와 같이 상기 제 1 게이트산화막(25)상에 폴리실리콘층과 텅스텐실리사이드층과 질화막을 증착한 후 게이트 형성마스크를 이용한 사진식각공정으로 질화막과 텅스텐실리사이드층과 폴리실리콘층을 차례대로 이방성식각하여 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)을 형성한다. 이때 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)은 제 1 게이트산화막(24)과 제 2 게이트산화막(25)의 상측에 각각 형성되도록 한다. 다음에 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)의 양측 반도체 기판(21)에 저농도 불순물이온을 주입하여 저농도 소오스/드레인 영역(29)을 형성한다. 그리고 전면에산화막을 증착한 후 에치백하여 제 1, 제 2 게이트산화막(24,25) 및 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)의 양측면에 측벽스페이서(30)를 형성한다. 그리고 제 1, 제 2 게이트산화막(24,25) 및 폴리게이트층(26)과 텅스텐실리사이드층(27)과 캡질화막층(28)과 측벽스페이서(30)의 양측에 상기 저농도 소오스/드레인 영역(29)보다 깊게 고농도 불순물 이온을 주입하여 고농도 소오스/드레인 영역(31)을 형성한다.As shown in FIG. 4E, a polysilicon layer, a tungsten silicide layer, and a nitride film are deposited on the first
상기와 같은 방법으로 한 칩내에 서로 다른 두께를 갖는 게이트산화막을 구비한 소자를 형성하여 서로다른 동작전압에서도 안정된 동작을 할 수 있는 소자를 형성할 수 있다. 이때 두꺼운 제 1 게이트산화막(24)이 형성된 소자는 소자의 렌션(Rention) 시간을 유지하는데 용이하고, 얇은 제 2 게이트산화막(25)이 형성된 소자는 구동전류의 증가와 쇼채널효과롤 감소시키기에 유리하다.As described above, a device having a gate oxide film having a different thickness in one chip may be formed to form a device capable of stable operation even at different operating voltages. In this case, the device having the thick first
상기와 같은 본 발명 반도체 소자의 산화막 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.The oxide film forming method of the semiconductor device of the present invention as described above has the following effects.
한 칩내에 서로 다른 두께를 갖는 게이트산화막을 형성하므로써 서로다른 동작전압으로 동작하는 소자의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.By forming gate oxide films having different thicknesses in one chip, operation reliability of devices operating at different operating voltages can be improved.
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