KR100636681B1 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 리세스된 채널을 가지는 반도체 소자를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.1 is a view illustrating a semiconductor device having a recessed channel according to the prior art.
도 2는 도 1을 X-X' 방향으로 잘라낸 부분을 나타내보인 도면이다.FIG. 2 is a view showing a portion cut out in the direction of X-X 'of FIG.
도 3은 도 1을 Y-Y' 방향으로 잘라낸 부분을 확대하여 나타내보인 도면이다.FIG. 3 is an enlarged view of a portion cut from FIG. 1 in the Y-Y 'direction.
도 4 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.4 to 13 are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.14 is a view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
400 : 반도체 기판 440 : 제1 포토마스크400: semiconductor substrate 440: first photomask
460 : 제2 포토마스크 510 : 제1 트렌치460: second photomask 510: first trench
520 : 제2 트렌치 560 : 매립절연막520: second trench 560: buried insulating film
570 : 오픈마스크570: open mask
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리세스된 채널 형성시 발생하는 혼 현상을 방지하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device that prevents phenomena occurring when forming a recessed channel.
최근, 디램(DRAM) 셀이 고집적화 됨에 따라 트랜지스터의 크기가 작아지고 이로 인해 소스/드레인 간의 채널 길이 또한 짧아지고 있다. 채널길이가 짧아지게 되면 트랜지스터의 단채널 효과를 심화시켜 문턱전압을 감소시킨다. 따라서 종래에는 트랜지스터의 단채널 효과로 인하여 문턱전압이 감소되는 것을 방지하기 위해 채널의 도핑농도를 증가시켜 원하는 크기의 문턱전압을 얻었다.Recently, as DRAM cells are highly integrated, transistors have become smaller in size, and thus, channel lengths between source and drain are also shortened. As the channel length becomes shorter, the short channel effect of the transistor is intensified to reduce the threshold voltage. Accordingly, in order to prevent the threshold voltage from decreasing due to the short channel effect of the transistor, the doping concentration of the channel is increased to obtain a threshold voltage having a desired size.
그러나 이러한 채널 도핑농도의 증가는 소스 접합부에서의 전계집중 현상을 유발하고, 누설전류를 증가시켜 디램 메모리 셀의 리프레시 특성을 악화시키는 문제가 있다. 이에 따라, 최근에는 기판의 일부를 소정깊이 식각하여 유효 채널길이를 길게 함으로써, 소자의 집적도를 감소시키지 않으면서도 위와 같은 문제를 억제할 수 있는 리세스 채널구조에 대한 연구가 진행되고 있다. However, such an increase in channel doping concentration causes a field concentration phenomenon at the source junction, and increases leakage current, thereby degrading the refresh characteristics of the DRAM memory cell. Accordingly, recently, studies have been conducted on recess channel structures capable of suppressing the above problems without reducing the integration density of devices by etching a portion of the substrate to a predetermined depth to increase the effective channel length.
도 1은 종래 기술에 따른 리세스된 채널을 가지는 반도체 소자를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다. 도 2는 도 1을 X-X' 방향으로 잘라낸 부분을 나타내보인 도면이다. 그리고 도 3은 도 1을 Y-Y' 방향으로 잘라낸 부분을 확대하여 나타내보인 도면이다.1 is a view illustrating a semiconductor device having a recessed channel according to the prior art. FIG. 2 is a view showing a portion cut out in the direction of X-X 'of FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a portion cut out in FIG. 1 in the Y-Y 'direction.
도 1 및 도 2를 참조하면, 리세스된 채널을 가지는 반도체 소자는 반도체 기판(100)에 제1 트렌치(101)를 형성한 후, 제1 트렌치(101)에 측벽산화막(102), 라이너질화막(104) 및 라이너산화막(106)을 형성한 후, 소정의 공정을 거쳐 소자분리 영역을 정의하는 소자분리막(108)을 형성한다. 다음에 상기 소자분리막(108)에 의해 정의된 활성영역에 반도체 기판(100)의 표면으로부터 소정의 깊이로 제2 트렌치(109)를 형성한 후, 상기 제2 트렌치(109) 상에 게이트스택(118)을 배치하고, 소스/드레인 불순물을 주입하여 채널(A)을 형성한다. 게이트스택(118)은 게이트산화막패턴(110), 도전막패턴(112), 금속막패턴(114), 하드마스크막패턴(116)을 포함하여 형성할 수 있다. 그리고 상기 게이트스택(118)의 측면에는 스페이서막(도시하지 않음)이 배치된다. 이처럼 리세스된 채널(A)을 가지는 반도체 소자는 평면 채널을 가지는 반도체 소자에 비하여 게이트 채널의 길이가 길어지게 된다. 게이트 채널의 길이가 길어지면 그에 따라 셀 문턱전압이 상승하게 되는데, 셀 문턱전압이 상승하게 되면, 전계의 양을 감소시켜 정션 누설전류와 GIDL(Gate Induced Drain Leakage)를 감소시켜 리프레시 특성을 평면 채널을 가지는 반도체 소자에 비하여 2배 정도 증가시킬 수 있다. 1 and 2, in the semiconductor device having the recessed channel, after forming the
한편, 도 3을 참조하면, 리세스 게이트를 가지는 반도체 소자를 형성하는데 있어서, 제2 트렌치(109)를 형성하는 식각을 수행할 때 활성영역의 반도체 기판(100)과 소자분리막(108)이 만나는 부분에 위치하는 측벽산화막(102)으로 인하여 식각이 방해되어 측벽산화막(102)과의 경계면의 활성영역(100)의 식각이 느려지게 된다. 이에 따라 상기 활성영역의 반도체 기판(100)과 소자분리막(108)간의 식각율의 차이로 실리콘이 날카롭게(sharply) 남는 현상(이하 혼(horn)이라 칭함)(300)이 발생한다. 이와 같은 혼(300)이 발생하면 게이트 전극에 전류가 지나갈 때 혼(300)이 발생한 부분에 전계가 집중되면서 셀 문턱전압이 심하게 저하된다. 셀 문턱전압 이 저하되면, 소자의 동작에 오류를 가져오게 됨에 따라 소자의 특성이 열화되는 문제가 발생한다. Meanwhile, referring to FIG. 3, in forming a semiconductor device having a recess gate, the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 리세스된 채널 형성시 발생하는 혼 현상을 방지하여 반도체 소자의 전기적 특성을 개선하는 반도체 소자의 트렌치 형성방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for forming a trench in a semiconductor device to prevent the phenomena occurring when the recessed channel is formed to improve the electrical characteristics of the semiconductor device.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판 위에 마스크막패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크막패턴 위에 트렌치 형성영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 반도체 기판에 제1 및 제2 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 트렌치와 반도체 기판을 매립하는 매립절연막을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 제2 트렌치를 노출하는 오픈마스크를 형성하는 단계; 상기 오픈마스크를 식각마스크로 하여 제2 트렌치 내부의 매립절연막을 제거하는 단계; 및 상기 제2 트렌치에 중첩하도록 복수의 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, forming a mask film pattern on a semiconductor substrate; Forming a photoresist pattern defining a trench formation region on the mask layer pattern; Forming first and second trenches on the semiconductor substrate using the photoresist pattern as an etch mask; Forming a buried insulating film filling the first and second trenches and the semiconductor substrate; Forming an open mask that exposes a second trench of the semiconductor substrate; Removing the buried insulating layer inside the second trench using the open mask as an etch mask; And forming a plurality of gates to overlap the second trenches.
본 발명에 있어서, 상기 마스크막패턴은 패드산화막패턴 및 패드질화막패턴을 포함하여 형성할 수 있다.In the present invention, the mask layer pattern may include a pad oxide layer pattern and a pad nitride layer pattern.
또한, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 상기 마스크막 패턴 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막에 제1 노광 및 현상을 수행 하여 제1 트렌치 형성영역을 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 제1 트렌치 형성영역을 제외한 영역에 제2 노광 및 현상을 수행하여 제2 트렌치 형성영역을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the photoresist pattern may include forming a photoresist film on the mask film pattern; Patterning a first trench formation region by performing first exposure and development on the photoresist film; And patterning the second trench formation region by performing a second exposure and development on a region other than the patterned first trench formation region.
또한, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 제1 트렌치 및 제2 트렌치 형성영역을 동시에 패터닝할 수있다.In the forming of the photoresist pattern, the photoresist pattern may simultaneously pattern the first trench and the second trench formation region.
상기 반도체 기판에 제1 및 제2 트렌치를 형성하는 단계에서는, 건식식각을 이용하는 것이 바람직하다.In the forming of the first and second trenches in the semiconductor substrate, it is preferable to use dry etching.
상기 반도체 기판에 제1 및 제2 트렌치를 형성하는 단계에서, 상기 제2 트렌치는 제1 트렌치보다 얕은 깊이를 갖는 것이 바람직하다.In forming the first and second trenches in the semiconductor substrate, it is preferable that the second trench has a shallower depth than the first trench.
상기 제2 트렌치를 노출하는 오픈마스크는 원형의 오픈마스크으로 형성한다.The open mask exposing the second trench is formed as a circular open mask.
상기 제2 트렌치 내부의 매립절연막을 제거하는 단계에서는, HF를 포함하는 식각액을 이용할 수 있다.In the removing of the buried insulating layer inside the second trench, an etchant including HF may be used.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
도 4 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.4 to 13 are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저 도 4를 참조하면, 반도체 기판(400) 위에 패드산화막(410)과 패드질화막(420)을 순차적으로 증착한다. 여기서 패드산화막(410)은 열산화 공정을 이용하여 대략 110Å의 두께로 형성하고, 패드질화막(420)은 저압화학기상증착(LPCVD; Low Pressure Chemical Deposition)방법을 이용하여 대략 600Å의 두께로 형성한다. 상기 패드산화막(410)은 패드질화막(420)의 인력에 의한 반도체 기판(400)의 스트레스를 완화하는 역할을 한다. 다음에 패드질화막(420) 전체 표면 위에 감광성 물질을 도포하여 포토레지스트막(430)을 형성한다.First, referring to FIG. 4, the
다음에 도 5를 참조하면, 포토레지스트막(430)이 형성된 반도체 기판(400)의 상부에 소자분리영역을 정의하는 패턴을 갖는 제1 포토마스크(레티클이라고도 함)(440)를 배치하고 제1 포토마스크(440)를 통해 포토마스크막(430)을 노광용 광원에 노출시킨다. 그러면 소자분리영역을 정의하는 패턴이 포토레지스트 막(430)에 전사된다. 다음에 상기 제1 포토마스크(440)를 통해 소자분리영역을 정의하는 패턴이 전사된 포토레지스트막(430)을 특정한 현상액을 사용하여 현상(develope)시켜 포토레지스트막(430) 위에 소자분리영역을 정의하는 제1 포토레지스트 패턴(450)을 형성하고, 상기 제1 포토마스크(440)는 제거한다.Next, referring to FIG. 5, a first photomask (also referred to as a reticle) 440 having a pattern defining an isolation region is disposed on the
다음에 도 6을 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(450)을 제거하지 않은 상태에서 반도체 기판(400)의 상부에 리세스 게이트용 트렌치 형성영역을 정의하는 패턴을 갖는 제2 포토마스크(460)를 배치하고, 제2 포토마스크(460)를 통해 노광용 광원에 노출시킨다. 그러면 리세스 게이트용 트렌치 형성영역을 정의하는 패턴이 상기 소자분리영역이 정의된 부위를 제외한 영역(470)에 전사된다. 다음에 상기 제 2 포토마스크(460)를 통해 리세스 게이트용 트렌치 형성영역을 정의하는 패턴이 전사된 포토레지스트 막을 특정한 현상액을 사용하여 현상(develope)시켜 소자분리영역이 정의된 부위를 제외한 영역(470) 위에 리세스 게이트용 트렌치 형성영역을 정의하는 제2 포토레지스트 패턴(480)을 형성한다.6, a
다음에 도 7을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(480)을 식각마스크로 하여 패드질화막(420) 및 패드산화막(410)의 노출부분을 순차적으로 제거하여 반도체 기판(400)의 소자분리영역 및 리세스 게이트용 트렌치 형성영역을 노출하는 패드산화막패턴(490) 및 패드질화막패턴(500)을 형성한 후 상기 제2 포토레지스트 패턴(480)은 제거한다. Next, referring to FIG. 7, the exposed portions of the
다음에 도 8을 참조하면, 반도체 기판(400)의 노출 부분에 대한 식각공정을 수행하여 일정 깊이를 갖는 트렌치를 형성한다. 이때 리세스 게이트용 트렌치 형성영역에는 상대적으로 좁은 폭의 제1 트렌치(510)가 만들어지고, 소자분리영역에는 상대적으로 넓은 폭의 제2 트렌치(520)가 만들어진다. 제1 및 제2 트렌치(510, 520)를 형성시, 건식식각, 예를 들어 플라즈마 식각, 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 이때, 제1 트렌치(510)는 제2 트렌치(520)보다 노출된 면적이 좁아 플라즈마가 닿는 양이 적어 제2 트렌치(520)보다 얕은 깊이로 식각된다. 이 경우, 건식식각공정을 통해 제1 및 제2 트렌치(510, 520)가 동시에 형성됨으로써 종래 소자분리영역에서 측벽산화막(102, 도 3참조)과 활성영역의 반도체 기판(100, 도 3참조)의 경계면에서 식각이 느려지게 되어 발생하는 혼(300, 도 3참조) 현상을 방지할 수 있다. Next, referring to FIG. 8, an etching process is performed on the exposed portion of the
다음에 도 9를 참조하면, 제1 및 제2 트렌치(510, 520)의 내벽에 측벽산화막(530)을 형성한다. 측벽산화막(530)은 건식산화방법을 사용하여 형성할 수 있다. 다음에 반도체 기판(500) 전면에 후속 매립절연막 형성공정시 반도체 기판(400)의 손상을 방지하기 위해 라이너질화막(540) 및 라이너산화막(550)을 형성한다. 이 경우, 라이너질화막(540)은 저압화학기상증착(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 퍼니스(furnace)에서 형성할 수 있다. 다음에 라이너산화막(550)이 형성된 반도체 기판(400)을 고밀도 플라즈마 장비 내에 로딩한 후에 소스가스로서 실레인(SiH₄) 및 산소(O₂)를 공급하고, 첨가가스로서 헬륨(He)을 공급한 후, 소정의 공정을 거쳐 제1 및 제2 트렌치(510, 520)가 모두 매립되도록 매립절연막(560)으로서 고밀도플라즈마(HDP; High Density Plasma)산화막을 형성한다.Next, referring to FIG. 9, sidewall oxide layers 530 are formed on inner walls of the first and
다음에 도 10을 참조하면, 패드질화막패턴(490)의 표면이 노출되도록 상기 매립절연막(560)에 대한 평탄화를 수행하고 패드질화막패턴(490)을 제거한다. 여기서 매립절연막(560)의 평탄화는 화학적기계적연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)방법을 이용하여 수행할 수 있다. 또한 패드질화막패턴(490)은 인산(H₃PO₄)을 이용하여 제거할 수 있다. 다음에 제1 트렌치(510) 형성영역을 노출하는 오픈마스크(570)를 형성한다. 이때, 상기 오픈마스크 (570)는 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 트렌치(510) 형성영역만 원형으로 노출된 감광막 패턴으로 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 10, the buried insulating
다음에 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 오픈마스크(570)를 식각마스크로 하 여 제1 트렌치(510)의 매립절연막(560), 라이너산화막(550) 및 라이너질화막(540)을 제거하여 제1 트렌치(510)를 노출시킨다. 이 경우 매립절연막(560), 라이너산화막(550) 및 라이너질화막(540)은 HF를 포함하는 수용액을 이용하여 제거할 수 있다. Next, as shown in FIG. 12, the buried insulating
다음에 도 13을 참조하면, 상기 제1 트렌치(510)와 중첩하도록 복수의 게이트 스택(630)을 형성한다. 이때, 게이트 스택(630)은 게이트산화막패턴(590), 도전막패턴(600), 금속막패턴(610) 및 하드마스크막패턴(620)을 포함하여 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 13, a plurality of gate stacks 630 are formed to overlap the
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이다.14 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
먼저 상술한 도 4와 동일한 공정을 거쳐서 반도체 기판(400)에 패드산화막(410) 및 패드질화막(420)을 순차적으로 증착한 후, 패드질화막(420) 전체 표면 위에 감광성 물질을 도포하여 포토레지스트막(430)을 형성한다. First, the
다음에 도 14를 참조하면, 포토레지스트막(430)이 형성된 반도체 기판(400)의 상부에 제1 및 제2 트렌치 형성영역을 정의하는 패턴을 갖는 포토마스크(640)를 배치한 후, 상기 포토마스크(640)를 통해 노광용 광원에 노출시킨다. 그러면 제1 및 제2 트렌치 형성영역을 정의하는 패턴이 포토레지스트막(430)에 전사된다. 다음에 상기 포토마스크(640)를 통해 패터닝된 포토레지스트막(430)을 특정한 현상액을 사용하여 현상(develope)시켜 포토레지스트 막(430) 위에 제1 및 제2 트렌치 형성영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(650)을 형성하고, 상기 포토마스크(640)를 제 거한다. 제1 및 제2 트렌치 형성영역이 동시에 패터닝된 포토레지스트 패턴(650)을 형성할 경우, 공정단계가 감소하여 반도체 소자의 수율이 향상할 수 있다. 이후에는 도 5 내지 도 13의 공정진행과 동일하다.Next, referring to FIG. 14, a
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 트렌치 형성방법에 의하면, 소자분리영역 및 리세스 게이트용 트렌치를 동시에 형성함으로써 리세스된 채널 형성시 발생하는 혼 현상을 방지하여 반도체 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있다. As described above, according to the trench forming method of the semiconductor device according to the present invention, by forming the device isolation region and the recess gate trench at the same time to prevent the phenomena generated during the formation of the recessed channel to prevent the electrical characteristics of the semiconductor device Can be improved.
Claims (7)
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KR1020050058764A KR100636681B1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Family Applications (1)
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KR1020050058764A KR100636681B1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method for manufacturing semiconductor device |
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2005
- 2005-06-30 KR KR1020050058764A patent/KR100636681B1/en not_active IP Right Cessation
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