KR100536027B1 - Transistor for a semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
반도체 소자의 고집적화에 대비하는 트랜지스터와 그 제조방법에서, 먼저, 액티브 패턴이 반도체 기판으로부터 돌출 되며, 소자분리막에 의하여 둘러싸여 있도록 형성되어 있다. 이어서, 게이트 구조물이 상기 액티브 패턴을 관통하는 하부 게이트 구조물과, 상기 액티브 패턴 상부에 상기 하부 게이트 구조물과 같은 방향으로 연장된 상부 게이트 구조물과, 상기 하부 게이트 구조물의 양측 단부들로부터 수직 방향으로 각각 연장되어 상기 상부 게이트 구조물과 상기 하부 게이트 구조물을 연결하는 한 쌍의 연결부를 포함하도록 형성되어 있다. 게이트 제어가 탁월한 트랜지스터를 제조함으로 포화 전류가 상승하고, 또한, 반도체 장치의 집적화에 따른 쇼트 채널 효과를 최소화할 수 있다. In a transistor prepared for high integration of a semiconductor device and a manufacturing method thereof, first, an active pattern is formed so as to protrude from a semiconductor substrate and surrounded by an isolation layer. Subsequently, a lower gate structure through which the gate structure passes through the active pattern, an upper gate structure extending in the same direction as the lower gate structure on the active pattern, and extending in the vertical direction from both ends of the lower gate structure, respectively. And a pair of connecting portions connecting the upper gate structure and the lower gate structure. By manufacturing a transistor having excellent gate control, the saturation current is increased, and the short channel effect due to the integration of the semiconductor device can be minimized.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 소자의 고집적화에 대비하는 트랜지스터와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a transistor prepared for high integration of a semiconductor device and a method of manufacturing the same.
도 1은 종래기술의 MOS 트랜지스터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a prior art MOS transistor.
도 1을 참조하면, MOS 트랜지스터는 반도체 기판(10)의 상부에 게이트 산화막(12)을 개재하여 적층된 게이트 전극(14)과, 상기 게이트 전극(14)을 사이에 두고 서로 이격되어 기판(10)의 표면 아래로 형성된 소스(16a) 및 드레인(16b)으로 구성된다. 소스(16a)는 캐리어(전자 또는 정공)를 공급하고, 드레인(16b)은 소스(16a)로부터 공급된 캐리어를 밖으로 끌어내며, 게이트 전극(14)은 소스(16a)와 드레인(16b)을 전기적으로 연결시키는 채널(A)을 형성하는 역할을 한다. 상기 게이트 전극(14)의 측벽에는 게이트 스페이서(18)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, a MOS transistor is spaced apart from each other with a gate electrode 14 stacked on the semiconductor substrate 10 with a gate oxide layer 12 interposed therebetween with the gate electrode 14 therebetween. Source 16a and drain 16b formed below the surface of the < RTI ID = 0.0 > Source 16a supplies a carrier (electrons or holes), drain 16b draws the carrier supplied from source 16a out, and gate electrode 14 electrically connects source 16a and drain 16b. It serves to form a channel (A) for connecting to. Gate spacers 18 are formed on sidewalls of the gate electrode 14.
상술한 MOS 트랜지스터에 있어서, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 액티브 영역의 크기가 감소하고 있다. 더불어, 상기 액티브 영역에 형성되는 모오스 트랜지스터의 채널(A) 길이가 줄어들고 있는 추세이다. 상기 모오스 트랜지스터의 채널(A) 길이가 작아지면 채널(A) 영역에서의 전계나 전위에 미치는 소스/드레인의 영향이 나빠지는데, 이러한 현상을 쇼트 채널 효과(short channel effect)라 한다. In the above-described MOS transistor, the size of the active region is decreasing as the semiconductor device is highly integrated. In addition, the length of the channel A of the MOS transistor formed in the active region is decreasing. As the length of the channel A of the MOS transistor decreases, the influence of the source / drain on the electric field or the potential in the channel A region becomes worse. This phenomenon is called a short channel effect.
따라서, 기판 상에 형성되는 소자들의 크기를 축소시키면서 소자의 성능을 극대화시키기 위한 여러 가지 방법들이 연구 개발되고 있다. 예로서, RCAT(recess channel transistor) 구조를 포함하는 여러 가지 실시예와 변형예들이 제시되고 있다. Accordingly, various methods for maximizing device performance while reducing the size of devices formed on a substrate have been researched and developed. For example, various embodiments and modifications including a recess channel transistor (RCAT) structure have been proposed.
그러나, 반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라, 상술한 RCAT(recess channel transistor) 구조도 한계에 부닥칠 것으로 예상을 할 수 있다. 예를 들면, 디램(DRAM) 장치의 경우, 디자인 룰이 0.06㎛ 이하가 되면서 RCAT(recess channel transistor) 구조를 적용할 때에 제조 비용의 상승 등의 문제에 부닥치게 된다. However, as the integration of semiconductor devices proceeds, it may be expected that the above-described recess channel transistor (RCAT) structure will also encounter limitations. For example, in the case of a DRAM device, when the design rule becomes 0.06 μm or less, a problem such as an increase in manufacturing cost is encountered when applying a recess channel transistor (RCAT) structure.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 반도체 소자의 고집적화에 대비하는 신규한 반도체 장치를 제공하는 것이다. In order to solve such problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a novel semiconductor device that is prepared for high integration of semiconductor devices.
본 발명의 다른 목적은 상기한 반도체 장치를 제조하는 데 특히 적합한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which is particularly suitable for manufacturing the above-described semiconductor device.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 트랜지스터는, 먼저, 액티브 패턴이 반도체 기판으로부터 돌출 되며, 소자분리막에 의하여 둘러싸여 있도록 형성되어 있다. 이어서, 게이트 구조물이 상기 액티브 패턴을 관통하는 하부 게이트 구조물과, 상기 액티브 패턴 상부에 상기 하부 게이트 구조물과 같은 방향으로 연장된 상부 게이트 구조물과, 상기 하부 게이트 구조물의 양측 단부들로부터 수직 방향으로 각각 연장되어 상기 상부 게이트 구조물과 상기 하부 게이트 구조물을 연결하는 한 쌍의 연결부를 포함하도록 형성되어 있다. In order to achieve the object of the present invention, the transistor of the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, first, the active pattern is formed so as to protrude from the semiconductor substrate, surrounded by the isolation layer. Subsequently, a lower gate structure through which the gate structure passes through the active pattern, an upper gate structure extending in the same direction as the lower gate structure on the active pattern, and extending in the vertical direction from both ends of the lower gate structure, respectively. And a pair of connecting portions connecting the upper gate structure and the lower gate structure.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 먼저, 제1 하드마스크막 패턴 및 반사방지막 패턴이 순차적으로 형성된 반도체 기판을 상기 제1 하드마스크막 패턴 및 반사방지막 패턴을 식각마스크막으로 이용하여 건식식각하여 제1 트렌치를 형성하여 상기 제1트렌치에 의해 정의되는 예비 액티브 영역을 형성한다. 이어서, 상기 제1 하드마스크막 패턴을 선택적으로 등방성으로 식각하여 언더컷(Undercut) 공간을 형성하면서 제2 하드마스크막 패턴을 형성하고, 상기 제1 트렌치 및 상기 언더컷(Undercut) 공간이 매립되도록 상기 반사방지막 상부에 절연막을 형성한다. 이어서, 상기 제2하드마스크막 패턴의 표면이 노출되도록 상기 절연막의 상부 및 상기 반사 방지막을 제거하기 위해 평탄화 공정을 수행한다. 이어서, 상기 평탄화된 절연막 및 제2 하드마스크막 패턴 상부에 게이트 구조물을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴 및 제2 하드마스크막 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 평탄화된 절연막 및 상기 예비 액티브 패턴을 건식식각하여 상기 제2 하드마스크막 양측에 예비 제2 트렌치들을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이이서, 상기 예비 제2 트렌치들이 형성된 상기 예비 액티브 패턴을 선택적으로 등방성 식각하여 상기 예비 액티브 패턴을 관통하는 구멍(cavity)과, 상기 구멍과 연결되고 하부보다 상부가 좁은 공간을 갖는 제2 트렌치들을 형성한다. 이어서, 상기 제2 하드마스크막 패턴 및 상기 절연막을 식각하여 소자분리막 및 액티브 패턴을 완성한다. 이어서, 상기 액티브 패턴의 상부에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 액티브 패턴을 관통하는 하부 게이트 구조물과, 상기 액티브 패턴 상부에 상기 하부 게이트 구조물과 같은 방향으로 연장된 상부 게이트 구조물과, 상기 하부 게이트 구조물의 양측 단부들로부터 수직 방향으로 각각 연장되어 상기 상부 게이트 구조물과 상기 하부 게이트 구조물을 연결하는 한 쌍의 연결부를 포함하는 게이트 구조물을 형성한다. In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, first, an etching mask is performed on a semiconductor substrate on which a first hard mask layer pattern and an antireflection layer pattern are sequentially formed. The first trench is formed by dry etching using a film to form a preliminary active region defined by the first trench. Subsequently, the first hard mask layer pattern is selectively isotropically etched to form an undercut space to form a second hard mask layer pattern, and the reflection to fill the first trench and the undercut space. An insulating film is formed over the protective film. Subsequently, a planarization process is performed to remove the upper portion of the insulating film and the anti-reflection film so that the surface of the second hard mask film pattern is exposed. Subsequently, a photoresist pattern defining a gate structure is formed on the planarized insulating layer and the second hard mask layer pattern, and the planarized insulating layer and the second hard mask layer pattern are used as an etch mask. The preliminary active pattern is dry-etched to form preliminary second trenches on both sides of the second hard mask layer, and the photoresist pattern is removed. Next, by selectively isotropically etching the preliminary active pattern on which the preliminary second trenches are formed, a cavity penetrating the preliminary active pattern and second trenches having a space connected to the hole and having a narrower upper portion than the lower portion are formed. Form. Subsequently, the second hard mask layer pattern and the insulating layer are etched to complete the device isolation layer and the active pattern. Subsequently, a gate insulating layer is formed on the active pattern, the lower gate structure penetrating the active pattern, the upper gate structure extending in the same direction as the lower gate structure on the active pattern, and the lower gate structure. A gate structure including a pair of connecting portions extending from the end portions in both vertical directions to connect the upper gate structure and the lower gate structure, respectively.
본 발명에 의하면, 상기 반도체 장치의 트랜지스터는 상기 상부 게이트 구조물의 하부 뿐 만 아니라 상기 하부 게이트 구조물의 여러 영역에 채널영역이 형성되고, 액티브 패턴의 사면에서 전계나 전위가 인가되어 게이트 제어가 탁월하다. 그러므로, 포화 전류가 상승하고, 또한, 반도체 장치의 집적화에 따른 쇼트 채널 효과를 최소화할 수 있다. According to the present invention, in the transistor of the semiconductor device, channel regions are formed not only in the lower portion of the upper gate structure but also in various regions of the lower gate structure. . Therefore, the saturation current rises, and the short channel effect due to the integration of the semiconductor device can be minimized.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예의 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 설명하기 위한 평면도이다.2 is a plan view illustrating a transistor 100 of a semiconductor device of an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 반도체 장치의 트랜지스터(100)는 반도체 기판에 액티브 패턴(110b)과 소자분리막(120c)이 형성되어 있다. 그리고, 액티브패턴(110)을 가로질러 게이트 구조물(130)이 형성되어 있고, 게이트 구조물(130)은 하부 게이트 구조물(140, 점선)과 상부 게이트 구조물(150)이 형성되어 있다. 그리고, 하부 게이트 구조물(140)과 상부 게이트 구조물(150)을 연결하는 연결부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그리고, 상부 게이트 구조물(150)의 측벽에 게이트 스페이서(170)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, in the transistor 100 of the semiconductor device, an active pattern 110b and an isolation layer 120c are formed on a semiconductor substrate. The gate structure 130 is formed across the active pattern 110, and the gate structure 130 is formed with a lower gate structure 140 (dashed line) and an upper gate structure 150. A connection part (not shown) connecting the lower gate structure 140 and the upper gate structure 150 is formed. The gate spacer 170 is formed on the sidewall of the upper gate structure 150.
도 3은 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of the transistor 100 of the semiconductor device illustrated in FIG. 2.
도 4는 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of the transistor 100 of the semiconductor device shown in FIG.
도 5는 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 Ⅲ-Ⅲ'으로 절단한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of the transistor 100 of the semiconductor device shown in FIG. 2.
도 3 내지 5를 참조하면, 상기 반도체 장치의 트랜지스터(100)는 액티브 패턴(110b), 게이트 구조물(130)을 포함한다. 3 to 5, the transistor 100 of the semiconductor device includes an active pattern 110b and a gate structure 130.
액티브 패턴(110b)은 반도체 기판(200)으로부터 돌출 되며, 소자분리막(120c)에 의하여 둘러싸여 있도록 형성되어 있다. The active pattern 110b protrudes from the semiconductor substrate 200 and is formed to be surrounded by the device isolation layer 120c.
게이트 구조물(130)은 액티브 패턴(110b)을 관통하는 하부 게이트 구조물(140)과, 액티브 패턴(110b) 상부에 하부 게이트 구조물(140)과 같은 방향으로 연장된 상부 게이트 구조물(150)과, 하부 게이트 구조물(140)의 양측 단부들로부터 수직 방향으로 각각 연장되어 상부 게이트 구조물(150)과 하부 게이트 구조물(140)을 연결하는 한 쌍의 연결부(160)를 포함하도록 형성되어 있다. The gate structure 130 may include a lower gate structure 140 passing through the active pattern 110b, an upper gate structure 150 extending in the same direction as the lower gate structure 140 on the active pattern 110b, and a lower portion thereof. It is formed to include a pair of connecting portions 160 extending in the vertical direction from both ends of the gate structure 140 to connect the upper gate structure 150 and the lower gate structure 140, respectively.
여기서, 하부 게이트 구조물(140)은 게이트 절연막 패턴(142a) 및 제1 게이트 도전막 패턴(144a)으로 되어 있으며, 상부 게이트 구조물(150)은 게이트 절연막 패턴(142a), 제1 게이트 도전막 패턴(144a), 제2 게이트 도전막 패턴(146a) 및 하드마스크막 패턴(148a)으로 되어 있고, 연결부(160)는 게이트 절연막 패턴(142a) 및 제1 게이트 도전막 패턴(144a)으로 되어 있다. The lower gate structure 140 may include a gate insulating layer pattern 142a and a first gate conductive layer pattern 144a, and the upper gate structure 150 may include a gate insulating layer pattern 142a and a first gate conductive layer pattern ( 144a, the second gate conductive film pattern 146a, and the hard mask film pattern 148a, and the connection portion 160 includes the gate insulating film pattern 142a and the first gate conductive film pattern 144a.
상부 게이트 구조물(150)의 측벽에 게이트 스페이서(170)가 형성되어 있다. Gate spacers 170 are formed on sidewalls of the upper gate structure 150.
이로써, 본 발명에 따른 반도체 장치의 트랜지스터는 설계된 영역에 소스(도시하지 않음)/드레인 영역(도시하지 않음)을 형성하고, 후속에 게이트 구조물(130)에 전압이 인가되면, 도 3 및 도 5에서 보여주듯이 상부 게이트 구조물(150)의 하부(B) 뿐만 아니라 하부 게이트 구조물(140)의 여러 영역에 채널(C, D)이 형성되고, 도 4에서 보여주듯이 액티브 패턴(110b)의 사면에서 전계나 전위가 인가되어 게이트 제어가 탁월하다. Thus, the transistor of the semiconductor device according to the present invention forms a source (not shown) / drain region (not shown) in the designed region, and when a voltage is subsequently applied to the gate structure 130, FIGS. 3 and 5 As shown in FIG. 4, channels C and D are formed in various regions of the lower gate structure 140 as well as the lower portion B of the upper gate structure 150, and as shown in FIG. 4, an electric field is formed on the slope of the active pattern 110b. The negative potential is applied to provide excellent gate control.
도 6 내지 도 34는 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터를 제조하는데 적합한 본 실시예에 따른 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 6 to 34 are cross-sectional views for explaining a method according to the present embodiment suitable for manufacturing a transistor of the semiconductor device shown in FIG.
도 6, 8, 11, 14, 17, 23, 24, 26, 29, 32는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 자른 단면도들이고, 도 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 자른 단면도들이고, 도 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 자른 단면도들이다. 6, 8, 11, 14, 17, 23, 24, 26, 29, and 32 are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 2, and FIGS. 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, and 33 are cross-sectional views taken along the line II-II 'of FIG. 2, and FIGS. 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, and 34 show the line III-III' of FIG. The cross sections are cut along.
도 6 내지 7을 참조하면, 실리콘 기판인 반도체 기판(200)에 제1 하드마스크막(202)을 형성한다. 제1 하드마스크막(202)은 바람직하게 실리콘 질화막을 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식에 의하여 증착하여 형성된다. 이어서, 제1 하드마스크막(202) 상부에 반사방지막(204)을 형성한다. 6 to 7, the first hard mask layer 202 is formed on the semiconductor substrate 200, which is a silicon substrate. The first hard mask film 202 is preferably formed by depositing a silicon nitride film by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method. Subsequently, an anti-reflection film 204 is formed on the first hard mask film 202.
이어서, 반사방지막(204) 상부에 포토레지스트를 도포한 후에 사진공정에 의하여 액티브 패턴을 정의하는 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 반사방지막(204) 및 제1 하드마스크막(202)을 건식식각하여 반사방지막 패턴(204a)과 제1 하드마스크 패턴(202a)을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 다음에, 제1 하드마스크 패턴(202a)을 식각마스크로 이용하여 반도체 기판(200)을 건식식각하여 제1 트렌치(206)를 형성하면서 예비 액티브 패턴(110)을 형성한다. Subsequently, after the photoresist is applied on the antireflection film 204, a photoresist pattern (not shown) defining an active pattern is formed by a photolithography process. Subsequently, the anti-reflection film 204 and the first hard mask film 202 are dry-etched using the photoresist pattern as an etching mask to form the anti-reflection film pattern 204a and the first hard mask pattern 202a. Next, the photoresist pattern is removed. Next, the preliminary active pattern 110 is formed while the first substrate 206 is formed by dry etching the semiconductor substrate 200 using the first hard mask pattern 202a as an etching mask.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 후속에 예비 액티브 패턴(110)을 관통하는 구멍(cavity)의 형성을 위하여, 반사방지막 패턴(204a)을 식각마스크로 사용하여 제1 하드마스크막 패턴(202a)을 선택적으로 등방성 식각을 수행하여 언더컷(Undercut) 공간(E)을 형성하면서 제2 하드마스크막 패턴(202b)을 형성한다. 이때, 반사방지막 패턴(204a)은 식각되지 않도록 식각 공정을 선택한다. 등방성 식각으로는 바람직하게 습식식각을 이용한다. 8 through 10, the first hard mask layer pattern 202a may be formed by using the anti-reflection layer pattern 204a as an etching mask to form a cavity penetrating the preliminary active pattern 110 later. Isotropically etched to form an undercut space E, thereby forming a second hard mask film pattern 202b. At this time, the anti-reflection film pattern 204a selects an etching process so as not to be etched. As isotropic etching, wet etching is preferably used.
도 11 내지 13을 참조하면, 제1 트렌치(206) 및 상기 언더컷(Undercut) 공간(E)이 매립되도록 상기 반사방지막 패턴(204a) 상부에 제1 절연막(120)을 형성한다.11 to 13, a first insulating layer 120 is formed on the anti-reflective layer pattern 204a to fill the first trench 206 and the undercut space E. FIG.
제1 절연막(120)으로는 갭 채움 특성이 우수한 절연 물질을 이용한다. 예컨대, USG(Undoped Silicate Glass), BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass) 등과 같은 절연 물질을 이용하는 제1 절연막(120)을 형성한다. As the first insulating layer 120, an insulating material having excellent gap filling characteristics is used. For example, a first insulating layer 120 using an insulating material such as USG (Undoped Silicate Glass), BPSG (BoroPhosphoSilicate Glass), or the like is formed.
도 14 내지 16을 참조하면, 제1 절연막(120) 및 반사방지막 패턴(204a)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용한 평탄화 공정을 수행하여 상기 제2 하드마스크막 패턴(202b)의 표면이 노출시킨다. 14 to 16, the surface of the second hard mask layer pattern 202b is exposed by performing a planarization process using a chemical mechanical polishing (CMP) process on the first insulating layer 120 and the antireflection layer pattern 204a. Let's do it.
도 17 내지 19를 참조하면, 상기 평탄화된 제1 절연막(120a) 및 제2 하드마스크 패턴(202b) 상부에 포토레지스트를 도포한 후에 사진공정에 의하여 게이트 구조물을 정의하는 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴 및 제2 하드마스크 패턴(202b)을 식각마스크로 이용하여 평탄화된 제1 절연막 패턴(120a) 및 예비 액티브 패턴(110)을 건식식각하여 게이트 영역을 정의하는 예비 제2 트렌치(208)를 형성한다. 이때, 제2 하드마스크막 패턴(202b)은 식각되지 않도록 건식식각 공정을 선택한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 17 to 19, a photoresist pattern defining a gate structure by a photo process after applying photoresist on the planarized first insulating layer 120a and the second hard mask pattern 202b (not shown) ). Subsequently, a preliminary second trench may be formed by dry etching the planarized first insulating layer pattern 120a and the preliminary active pattern 110 using the photoresist pattern and the second hard mask pattern 202b as an etch mask. And form 208. In this case, the dry etching process is selected so that the second hard mask layer pattern 202b is not etched. Subsequently, the photoresist pattern is removed.
도 20 내지 22를 참조하면, 건식식각된 제1 절연막 패턴(120b) 및 예비 액티브 패턴(110a) 상부에 제2 절연막(도시하지 않음)을 형성한 후에 전면 이방성 식각을 수행하여 예비 제2 트렌치(208)의 측벽에 절연막 스페이서(210)를 형성한다. 20 to 22, after the second insulating layer (not shown) is formed on the dry-etched first insulating layer pattern 120b and the preliminary active pattern 110a, the anisotropic etching is performed on the preliminary second trench ( The insulating film spacer 210 is formed on the sidewall of the 208.
도 23 내지 25를 참조하면, 절연막 스페이서(210)를 식각마스크로 이용하여 예비 액티브 패턴(110a)을 선택적으로 등방성 식각하여 상기 예비 액티브 패턴(110a)의 내부를 관통하는 구멍(F, cavity, 도 23)과 상기 구멍과 연결되고, 하부 보다 상부가 좁은 형상의 제2 트렌치(208a)를 완성한다. 23 to 25, a hole F, a cavity, and a hole penetrating through the inside of the preliminary active pattern 110a by selectively isotropically etching the preliminary active pattern 110a using the insulating layer spacer 210 as an etching mask. 23) and the second trench 208a having a narrower upper portion than the lower portion is completed.
도 26 내지 28을 참조하면, 제2 하드마스크막 패턴(202b) 및 절연막 스페이서를 습식 식각 공정을 이용하여 제거한다. 이어서, 절연막(208b)을 습식 식각 공정을 이용하여 식각한다. 이로써, 소자분리막(120c) 및 액티브 패턴(110b)을 완성한다. 26 to 28, the second hard mask layer pattern 202b and the insulating layer spacer are removed using a wet etching process. Next, the insulating film 208b is etched using a wet etching process. As a result, the device isolation layer 120c and the active pattern 110b are completed.
이어서, 미 도시하였지만, 설계된 영역에 불순물을 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 공정을 수행할 수도 있다. Next, although not shown, a process for forming a source / drain region may be performed by injecting impurities into the designed region.
도 29 내지 31을 참조하면, 노출된 상기 액티브 패턴의 상부에 게이트 절연막(142)을 형성한다. 이어서, 구멍(F, cavity)과 제2 트렌치(208a)를 매립하도록 액티브 패턴 상부에 제1 게이트 도전막(144)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 게이트 도전막(144) 상부에 게2 게이트 도전막(146)을 형성한다. 이어서, 제2 게이트 도전막(146) 상부에 제3 하드마스크막(148)을 형성한다. 29 to 31, a gate insulating layer 142 is formed on the exposed active pattern. Subsequently, the first gate conductive layer 144 is formed on the active pattern so as to fill the holes F and the second trenches 208a. Subsequently, a second gate conductive layer 146 is formed on the first gate conductive layer 144. Subsequently, a third hard mask layer 148 is formed on the second gate conductive layer 146.
도 32 내지 34를 참조하면, 상기 제3 하드마스크막(148) 상부에 포토레지스트를 도포한 후에 사진공정에 의하여 게이트 구조물(130)을 정의하는 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 제3 하드마스크막(148)을 건식식각하여 제3 하드마스크 패턴(148a)을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다. 32 to 34, after the photoresist is applied on the third hard mask layer 148, a photoresist pattern (not shown) defining the gate structure 130 is formed by a photolithography process. Subsequently, the third hard mask layer 148 is dry-etched using the photoresist pattern as an etching mask to form a third hard mask pattern 148a. Next, the photoresist pattern is removed.
이어서, 제3 하드마스크 패턴(148a)을 식각마스크로 이용하여 게2 게이트 도전막(146), 제1 게이트 도전막(144) 및 게이트 절연막(142)을 건식식각하여 액티브 패턴(110b)을 관통하는 하부 게이트 구조물(140)과, 액티브 패턴(110b) 상부에 하부 게이트 구조물(140)과 같은 방향으로 연장된 상부 게이트 구조물(150)과, 하부 게이트 구조물(140)의 양측 단부들로부터 수직 방향으로 각각 연장되어 상부 게이트 구조물(150)과 하부 게이트 구조물(140)을 연결하는 한 쌍의 연결부(160)를 포함하는 게이트 구조물(130)을 형성한다.Subsequently, the second gate conductive layer 146, the first gate conductive layer 144, and the gate insulating layer 142 are dry-etched using the third hard mask pattern 148a as an etch mask to penetrate the active pattern 110b. The lower gate structure 140, the upper gate structure 150 extending in the same direction as the lower gate structure 140 on the active pattern 110b, and from both ends of the lower gate structure 140 in a vertical direction. Each extends to form a gate structure 130 including a pair of connecting portions 160 connecting the upper gate structure 150 and the lower gate structure 140.
하부 게이트 구조물(140)은 게이트 절연막 패턴(142a) 및 제1 게이트 도전막 패턴(144a)으로 되어 있으며, 상부 게이트 구조물(150)은 게이트 절연막 패턴(142a), 제1 게이트 도전막 패턴(144a), 제2 게이트 도전막 패턴(146a) 및 하드마스크막 패턴(148a)으로 되어 있고, 연결부(160)는 게이트 절연막 패턴(142a) 및 제1 게이트 도전막 패턴(144a)으로 되어 있다. The lower gate structure 140 includes a gate insulating layer pattern 142a and a first gate conductive layer pattern 144a, and the upper gate structure 150 includes a gate insulating layer pattern 142a and a first gate conductive layer pattern 144a. And a second gate conductive film pattern 146a and a hard mask film pattern 148a, and the connection portion 160 is a gate insulating film pattern 142a and a first gate conductive film pattern 144a.
이어서, 미 도시하였지만, 설계된 영역에 불순물을 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 공정을 수행할 수도 있다. Next, although not shown, a process for forming a source / drain region may be performed by injecting impurities into the designed region.
이어서, 게이트 구조물(130)이 형성된 액티브 패턴(110b) 상부에 제3 절연막(도시하지 않음)을 형성한 후에 전면 이방성 식각을 수행하여 상부 게이트 구조물(150)의 측벽에 게이트 스페이서(170)를 형성한다. Subsequently, after forming a third insulating layer (not shown) on the active pattern 110b having the gate structure 130 formed thereon, anisotropic etching is performed to form the gate spacer 170 on the sidewall of the upper gate structure 150. do.
이어서, 미 도시하였지만, 설계된 영역에 불순물을 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 공정을 수행할 수도 있다. 이로써, 반도체 장치의 트랜지스터를 완성한다. Next, although not shown, a process for forming a source / drain region may be performed by injecting impurities into the designed region. This completes the transistor of the semiconductor device.
결과적으로, 본 실시예에 따라 제조된 반도체 장치의 트랜지스터는 설계된 영역에 소스(도시하지 않음)/드레인 영역(도시하지 않음)을 형성하고, 후속에 게이트 구조물(130)에 전압이 인가되면, 도 32 및 도 34에서 보여주듯이 상부 게이트 구조물(150)의 하부(B) 뿐만 아니라 하부 게이트 구조물(140)의 여러 영역에 채널(C, D)이 형성되고, 도 33에서 보여주듯이 액티브 패턴(110b)의 사면에서 전계나 전위가 인가되어 게이트 제어가 탁월하다. As a result, when the transistor of the semiconductor device manufactured according to this embodiment forms a source (not shown) / drain region (not shown) in the designed region, and subsequently a voltage is applied to the gate structure 130, 32 and 34, channels C and D are formed in various regions of the lower gate structure 140 as well as the lower portion B of the upper gate structure 150, and the active pattern 110b is illustrated in FIG. 33. An electric field or potential is applied at the slope of the gate, so the gate control is excellent.
상기와 같은 본 발명에 따른 반도체 장치의 트랜지스터는 상부 게이트 구조물의 하부 뿐만 아니라 하부 게이트 구조물의 여러 영역에 채널 영역이 형성되고, 액티브 패턴의 사면에서 전계나 전위가 인가되어 게이트 제어가 탁월하다. 결국에, 포화 전류가 상승하여 고속으로 동작된다. 또한, 반도체 장치의 집적화에 따른 쇼트 채널 효과를 최소화할 수 있다. In the transistor of the semiconductor device according to the present invention as described above, channel regions are formed not only in the lower portion of the upper gate structure but also in various regions of the lower gate structure, and an electric field or a potential is applied on four sides of the active pattern, thereby providing excellent gate control. As a result, the saturation current rises and is operated at high speed. In addition, it is possible to minimize the short channel effect due to the integration of the semiconductor device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
도 1은 종래기술의 MOS 트랜지스터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a prior art MOS transistor.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 설명하기 위한 평면도이다.2 is a plan view illustrating a transistor 100 of a semiconductor device of an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of the transistor 100 of the semiconductor device illustrated in FIG. 2.
도 4는 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of the transistor 100 of the semiconductor device shown in FIG.
도 5는 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터(100)를 Ⅲ-Ⅲ'으로 절단한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of the transistor 100 of the semiconductor device shown in FIG. 2.
도 6 내지 도 34는 도 2에 도시한 반도체 장치의 트랜지스터를 제조하는데 적합한 본 실시 예에 따른 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 6 to 34 are cross-sectional views for describing a method according to an example embodiment for manufacturing a transistor of the semiconductor device shown in FIG. 2.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 200 : 반도체 기판 12 : 게이트 산화막10, 200: semiconductor substrate 12: gate oxide film
14 : 게이트 전극 16a : 소스 영역14 gate electrode 16a source region
16b : 드레인 영역 18, 210 : 게이트 스페이서 16b: drain region 18, 210: gate spacer
100 : 반도체 장치의 트랜지스터 110 : 예비 액티브 패턴100 transistor 110 of the semiconductor device: preliminary active pattern
110a : 건식식각된 예비 액티브 패턴 110b : 액티브 패턴 110a: dry-etched preliminary active pattern 110b: active pattern
120 : 제1 절연막 120a : 평탄화된 제1 절연막 120: first insulating film 120a: planarized first insulating film
120b : 건식식각된 제1 절연막 패턴 120c : 소자 분리막120b: dry-etched first insulating layer pattern 120c: device isolation layer
130 : 게이트 구조물 140 : 하부 게이트 구조물130: gate structure 140: lower gate structure
142 : 게이트 절연막 142a : 게이트 절연막 패턴142: gate insulating film 142a: gate insulating film pattern
144 : 제1 게이트 도전막 144a : 제1 게이트 도전막 패턴 144: first gate conductive layer 144a: first gate conductive layer pattern
146 : 제2 게이트 도전막 146a : 제2 게이트 도전막 패턴 146: second gate conductive film 146a: second gate conductive film pattern
148 : 제3 하드마스크막 148a : 제3 하드 마스크 패턴 148: Third Hard Mask Film 148a: Third Hard Mask Pattern
150 : 상부 게이트 구조물 160 : 연결부150: upper gate structure 160: connection portion
202a : 제1 하드마스크 패턴 202b : 제2 하드마스크 패턴202a: first hard mask pattern 202b: second hard mask pattern
204a : 반사방지막 패턴 206 : 제1 트렌치204a: antireflection film pattern 206: first trench
208 : 예비 제2 트렌치 208a : 제2 트렌치 208: preliminary second trench 208a: second trench
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