KR100650760B1 - Method of manufacturing transistor of memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 돌기형 트랜지스터(Fin transistor)를 도시한 사시도. 1 is a perspective view showing a conventional fin transistor.
도 2는 종래의 리세스형 트랜지스터(Recessed transistor)를 도시한 단면도. 2 is a cross-sectional view showing a conventional recessed transistor.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 메모리 소자의 트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.3A to 3F are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a transistor of a memory device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
31 : 반도체기판 32 : 트렌치31
33 : 측벽산화막 34 : 선형질화막33
35 : 선형산화막 36 : 매립산화막35: linear oxide film 36: buried oxide film
37 : 소자분리막 38 : 버퍼산화막37: device isolation layer 38: buffer oxide film
39 : 제1폴리실리콘막 40 : 홈39: first polysilicon film 40: groove
41 : 게이트산화막 42 : 제2폴리실리콘막41
43 : 텅스텐실리사이드막 44 : 하드마스크 질화막43
45 : 게이트 S/D : 소오스/드레인영역45: gate S / D: source / drain area
본 발명은 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고속 및 저전력 메모리 소자를 구현할 수 있는 트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a memory device, and more particularly, to a transistor manufacturing method that can implement a high speed and low power memory device.
메모리 소자의 디자인 룰이 급격히 감소함에 따라, 그에 대응해서 트랜지스터의 채널 길이(length) 및 폭(width)은 매우 짧아진 반면 접합영역의 도핑농도는 증가하여서, 전계(electric field) 증가에 따른 접합 누설 전류가 증가하게 되었다. 이에 따라, 기존의 2차원 평면형(planar) 채널 구조를 갖는 트랜지스터로는 고집적 소자에서 요구하는 문턱전압 값을 얻기가 어려워지게 되었으며, 그리고, 리프레쉬 특성을 향상시키는데 한계에 이르게 되었다. 이에, 최근들어 채널 길이를 확장시킬 수 있는 3차원 채널 구조를 갖는 트랜지스터 구현에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.As the design rule of the memory device is drastically reduced, correspondingly, the channel length and width of the transistor become very short while the doping concentration of the junction region increases, so that the junction leakage is increased due to the increase of the electric field. The current increased. As a result, it is difficult to obtain a threshold voltage value required by a high density device with a conventional two-dimensional planar channel structure, and reaches a limit in improving refresh characteristics. Recently, researches on the implementation of transistors having a three-dimensional channel structure capable of extending the channel length have been actively conducted.
이러한 연구 결과의 하나로 최근에 로직 소자(logic device) 분야에서 3차원 채널 구조를 갖는 돌기형 트랜지스터(Fin Transistor)가 제안되었다. As one of the research results, a fin transistor having a three-dimensional channel structure has recently been proposed in the field of logic devices.
상기 돌기형 트랜지스터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체기판(1)의 활성영역(2)을 돌출시키고, 이 돌출된 활성영역을 감싸도록 게이트(5)를 형성하여, 게이트(5)로 감싸진 활성영역(2)의 3면에 동시에 채널이 형성되도록 설계한 것이다. As shown in FIG. 1, the protruding transistor protrudes the
이와같은 돌기형 트랜지스터는 순간적인 전류량의 증대를 통해 우수한 전류 구동 특성을 얻을 수 있으며, 또한, 온-오프 특성이 매우 뛰어나 고속 소자의 구현이 가능하고, 백 바이어스 의존성(back bias dependency)이 낮아서 낮은 전압에서도 원하는 소자 특성을 얻을 수 있다. Such protruding transistors can obtain excellent current driving characteristics through instantaneous increase in current amount, and also have excellent on-off characteristics, enabling high-speed devices, and having low back bias dependency. Desired device characteristics can be obtained even at voltage.
또한, 연구 결과의 다른 하나로 최근에 메모리 소자(memory device) 분야에서 리세스형 트랜지스터(Recessed Transistor)가 제안되었다. In addition, as another result of the research, a recessed transistor has recently been proposed in the field of memory devices.
상기 리세스형 트랜지스터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 활성영역의 게이트 형성 부분을 소정 깊이만큼 리세스시키고, 이 리세스된 활성영역 부분 상에 게이트(5)를 형성한 구조이다. As shown in FIG. 2, the recessed transistor has a structure in which the gate forming portion of the substrate active region is recessed by a predetermined depth, and the
이와같은 리세스형 트랜지스터는 리세스 깊이만큼 채널 길이를 증가시킴으로써 단채널효과(short channel effect)를 개선할 수 있고, 또한, 리프레쉬(refresh) 특성을 개선시킬 수 있다. Such a recessed transistor can improve the short channel effect by increasing the channel length by the recess depth, and can also improve the refresh characteristics.
도 1 및 도 2에서, 미설명된 도면부호 3은 소자분리막을, 그리고, 4는 게이트절연막을 각각 나타낸다.In FIG. 1 and FIG. 2,
그러나, 상기한 돌기형 트랜지스터는 구동전류가 높아 소자의 반응속도는 매우 빠르지만, 데이터 보유시간(data retention time)이 짧아 리프레쉬 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. However, the protruding transistor has a high driving current, so the response speed of the device is very fast, but the refresh characteristic is not good because the data retention time is short.
반면에, 상기한 리세스형 트랜지스터는 저전력 구동이 가능하고 리프레쉬 측면에서 매우 우수한 잇점이 있지만, 구동전류가 낮은 단점이 있다. 특히, 상기 리세스형 트랜지스터는, 그 형성을 위해 기판 활성영역을 식각할 때, 소자분리막의 경사진 측면 프로파일로 인해 필연적으로 혼(horn)이 발생되고, 소자 동작시 이러한 혼(horn) 부위에 전계가 집중됨으로써, 정상적인 동작을 기대하기 어려워 신뢰성을 확보하지 못하는 치명적인 단점이 있다. On the other hand, the recessed transistor is capable of low power driving and has a very good advantage in terms of refresh, but has a disadvantage of low driving current. In particular, the recessed transistor inevitably generates a horn due to the inclined side profile of the device isolation layer when the substrate active region is etched to form the recessed transistor. By concentrating the electric field, it is difficult to expect normal operation, and there is a fatal disadvantage of failing to secure reliability.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 돌기형 트랜지스터의 단점인 리프레쉬 특성을 개선하면서 리세스형 트랜지스터의 단점인 구동전류를 개선함과 아울러 혼의 발생을 방지할 수 있는 메모리 소자의 트랜지스터 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the conventional problems as described above, while improving the refresh characteristics, which is a disadvantage of the projection transistor, while improving the driving current, which is a disadvantage of the recess transistor, and prevents the occurrence of horns. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a transistor of a memory device.
또한, 본 발명은 돌기형 트랜지스터의 장점과 리세스형 트랜지스터의 장점을 동시에 가짐으로써 고속 및 저전력 메모리 소자를 구현할 수 있는 메모리 소자의 트랜지스터 제조방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transistor of a memory device capable of realizing a high speed and a low power memory device by simultaneously having the advantages of the protrusion transistor and the recess transistor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체기판의 필드영역에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내에 차례로 측벽산화막, 선형질화막, 선형산화막 및 매립산화막을 형성하여 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 기판 전면 상에 게이트가 형성될 활성영역 부분을 노출시킴과 아울러 소자분리막의 트렌치 측벽에 형성된 측벽산화막, 선형질화막 및 선형산화막을 노출시키는 하드마스크막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막을 식각장벽으로 이용해서 노출된 트렌치 측벽의 측벽산화막, 선형질화막 및 선형산화막을 제거하는 단계; 상기 노출된 활성영역 부분을 트렌치 보다 얕은 깊이로 리세스하여 홈을 형성함과 아울러 상기 홈 저면 중이 돌출되도록 만드는 단계; 상기 하드마스크막을 제거하는 단계; 상기 저면이 돌출된 홈 상에 게이트를 형성하는 단계; 및 상기 게이트 양측의 기판 표면내에 소오스/드레인영역을 형성하는 단계;를 포함하는 메모리 소자의 트랜지스터 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, forming a trench in the field region of the semiconductor substrate; Forming a device isolation layer defining an active region by sequentially forming a sidewall oxide film, a linear nitride film, a linear oxide film, and a buried oxide film in the trench; Forming a hard mask film on the entire surface of the substrate to expose a portion of the active region where a gate is to be formed, and to expose a sidewall oxide film, a linear nitride film, and a linear oxide film formed on the trench sidewalls of the device isolation film; Using the hard mask layer as an etch barrier to remove sidewall oxide, linear nitride and linear oxide on the exposed sidewalls of the trench; Recessing the exposed portion of the active region to a depth shallower than a trench to form a groove and to protrude the bottom of the groove; Removing the hard mask layer; Forming a gate on the bottom protruding groove; And forming a source / drain region in the surface of the substrate on both sides of the gate.
여기서, 상기 트렌치는 1500∼5000Å의 깊이로 형성하며, 그리고, 상기 홈은 1000∼4000Å 깊이로 형성한다. Here, the trench is formed to a depth of 1500 to 5000 kPa, and the groove is formed to a depth of 1000 to 4000 kPa.
상기 노출된 트렌치 측벽의 측벽산화막, 선형질화막 및 선형산화막 제거는 건식식각으로 동시에 수행하며, 상기 건식식각은 MERIE 장비에서 CxFx/O2/Ar의 가스를 플로우시키고 10∼30mTorr의 압력 및 1000∼3000W의 파워를 인가하여 고밀도 플라즈마를 형성하는 조건으로 수행한다. 또한, 상기 노출된 트렌치 측벽의 측벽산화막, 선형질화막 및 선형산화막의 제거는 트렌치 저면까지 수행하거나, 또는, 상기 트렌치 저면 보다 얕은 깊이로 수행한다. Sidewall oxide, linear nitride, and linear oxide removal of the exposed trench sidewalls are simultaneously performed by dry etching, and the dry etching is performed by flowing a gas of CxFx / O2 / Ar in a MERIE device, and having a pressure of 10-30 mTorr and a pressure of 1000-3000 W. It is performed under the condition of applying a power to form a high density plasma. In addition, the sidewall oxide film, the linear nitride film, and the linear oxide film of the exposed trench sidewalls may be removed to the bottom of the trench or may be shallower than the bottom of the trench.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면, 본 발명은 돌기형 트랜지스터 구조와 리세스형 트랜지스터 구조 모두를 갖는 복합 구조의 트랜지스터를 제조한다. 또한, 본 발명은, 게이트가 형성될 기판 활성영역 부분을 리세스함에 있어서, 마스크 공정을 통해 혼 발생 부위를 노출시킨 후, 상기 노출된 부위에서의 측벽산화막과 선형질화막 및 선형산화막을 제거하고, 이어서, 상기 리세스를 진행한다. Briefly describing the technical principle of the present invention, the present invention manufactures a transistor having a complex structure having both the protruding transistor structure and the recessed transistor structure. In addition, the present invention, in recessing the portion of the substrate active region in which the gate is to be formed, exposes the horn generation region through a mask process, and then removes the sidewall oxide film, the linear nitride film and the linear oxide film from the exposed area, Subsequently, the recess is performed.
이와같이 하면, 본 발명은 돌기형 트랜지스터의 장점과 리세스형 트랜지스터의 장점을 모두 갖는 트랜지스터를 구현함으로써, 높은 구동전류와 긴 리프레쉬 시간을 갖도록 하는 것을 통해 고속 및 저전력 메모리 소자를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 리세스형 트랜지스터 제조시 문제가 되는 혼을 제거할 수 있으므로, 소자 신뢰성을 확보할 수 있다. In this way, the present invention implements a transistor having both the advantages of the protruding transistor and the advantages of the recessed transistor, thereby realizing high speed and low power memory devices through high driving current and long refresh time. In addition, the present invention can eliminate horns that are a problem in manufacturing recessed transistors, thereby ensuring device reliability.
자세하게, 도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 메모리 소자의 트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 각 도면에서, 좌측 도면은 활성영역의 길이 방향에 따른 단면을 도시한 것이고, 우측 도면은 활성영역의 폭 방향에 따른 단면을 도시한 것이다. In detail, FIGS. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating processes for manufacturing a transistor of a memory device according to the present invention. In each figure, the left figure shows the cross section along the longitudinal direction of the active area, and the right figure shows the cross section along the width direction of the active area.
도 3a를 참조하면, 반도체기판(31)의 필드영역을 1500∼5000Å의 깊이로 식각하여 트렌치(32)를 형성한다. 그런다음, 상기 트렌치(32)의 표면 상에 측벽산화막(wall oxide; 33)과 선형질화막(liner nitride; 34) 및 선형산화막(liner oxide; 35)을 각각 30∼100Å의 두께로 차례로 형성한 후, 상기 선형산화막(35) 상에 트렌치(32)를 매립하도록, 예컨데, HDP-CVD 방식에 따라 매립산화막(36)을 증착한다. 그리고나서, 상기 매립산화막(36), 선형산화막(35), 선형질화막(34) 및 측벽산화막(33)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)해서 활성영역을 한정하는 트렌치형의 소자분리막(37)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, the
여기서, 자세하게 도시하고 설명하지는 않았지만, 상기 소자분리막(37)의 형성은 공지의 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 따라 진행한 것이다. 따라서, 상기 기판 필드영역의 식각은 기판 상에 필드영역을 노출시키도록 형성한 패드질화막을 식각마스크로 이용해서 진행한 것이고, 적층막에 대한 CMP 공정을 진행한 후에 상기 패드질화막을 제거해서 소자분리막(37)을 형성한 것으로 이해될 수 있다. Although not shown and described in detail, the
도 3b를 참조하면, 소자분리막(37)을 포함한 반도체기판(31)의 전면 상에 100∼500Å의 두께로 버퍼산화막(38)을 형성한 후, 상기 버퍼산화막(38) 상에 1000∼5000Å의 두께로 하드마스크용 제1폴리실리콘막(39)을 형성한다. 그런다음, 상기 제1폴리실리콘막(39)과 버퍼산화막(38)을 게이트가 형성될 활성영역 부분을 노출시키도록 패터닝한다. Referring to FIG. 3B, a
이때, 상기 제1폴리실리콘막(39)과 버퍼산화막(38)의 패터닝은 라인 형태가 아닌 활성영역만을 노출시키는 도트 형태로 형성하며, 특별히, 우측 도면에서와 같이, 활성영역의 폭 방향에 대해서는 소자분리막(37)에서의 트렌치(32) 측벽에 형성된 측벽산화막(33), 선형질화막(34) 및 선형산화막(35)을 함께 노출시키도록 수행한다. At this time, the patterning of the
도 3c를 참조하면, 패터닝된 제1폴리실리콘막(39)을 식각장벽으로 이용해서 노출된 트렌치(32) 측벽의 측벽산화막(33)과 선형질화막(34) 및 선형산화막(35) 부분을 제거한다. 여기서, 상기 측벽산화막(33)과 선형질화막(34) 및 선형산화막(35)은 MERIE(Magnetric Enhanced Reactive Ion Etching) 장비에서 CxFx/O2/Ar의 가스를 플로우시키고 10∼30mTorr의 압력 및 1000∼3000W의 파워를 인가하여 고밀도 플라즈마를 형성하는 건식식각 방법으로 동시에 식각하며, 이때, 상기 측벽산화막(33)과 선형질화막(34) 및 선형산화막(35)의 식각은 소자분리막의 저면, 즉, 트렌치(32)의 저면까지 진행함이 바람직하며, 그 보다 얕은 깊이로 진행하는 것도 가능하다. Referring to FIG. 3C, portions of the
한편, 상기 측벽산화막(33)과 선형질화막(34) 및 선형산화막(35)의 식각시, 게이트가 형성될 노출된 기판 활성영역 부분의 일부가 함께 식각될 수 있는데, 이 부분은 후속에서 식각될 영역이므로, 문제는 되지 않는다. Meanwhile, when etching the
도 3d를 참조하면, 패터닝된 제1폴리실리콘막(39)을 식각장벽으로 이용해서 노출된 기판 활성영역 부분을 리세스하여 홈(40)을 형성한다. 이때, 상기 리세스 깊이, 즉, 홈(40)의 깊이는 트렌치의 깊이 보다 얕은 깊이, 예컨데, 1000∼4000Å 정도로 함이 바람직하다. Referring to FIG. 3D, the patterned
여기서, 본 발명은 게이트가 형성될 기판 활성영역 부분에 대한 리세스를 진행하기 전에 측벽산화막(33)과 선형질화막(34) 및 선형산화막(35)을 제거하였기 때문에, 상기 리세스 진행시, 혼(horn)은 발생되지 않는다. 따라서, 본 발명은 기판 리세스시의 혼(horn) 발생을 방지하므로, 제조된 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다. Here, since the
또한, 우측 도면에서와 같이, 본 발명은 홈(40)의 깊이를 트렌치(42)의 깊이 보다 얕게 하기 때문에, 상기 홈(40)의 저면에서 활성영역이 돌출된 구조를 얻게 된다.In addition, as shown in the figure on the right, since the present invention makes the depth of the
도 3e를 참조하면, 제1폴리실리콘막과 버퍼산화막을 공지의 방법에 따라 차례로 제거한다. 그런다음, 상기 기판 결과물 상에, 특별히, 홈(40)을 포함한 기판 활성영역의 표면 상에 30∼100Å의 두께로 게이트산화막(41)을 형성한다. 여기서, 상기 게이트산화막(41)은 CVD 방법으로 증착하여 형성하거나, 기판을 산화시켜 형성한다. 상기 기판의 산화는 800∼900℃의 온도에서 O2 및 N2 가스를 공급하는 방식으로 진행한다. Referring to FIG. 3E, the first polysilicon film and the buffer oxide film are sequentially removed according to a known method. Then, a
다음으로, 상기 게이트산화막(41) 상에 홈(40)을 완전 매립시키는 두께, 예컨데, 500∼2000Å의 두께로 게이트용 제2폴리실리콘막(42)을 증착한 후, 에치백 또는 CMP 공정을 통해 그 표면을 평탄화시킨다. Next, the
도 3f를 참조하면, 게이트용 제2폴리실리콘막(42) 상에 저저항의 구현을 위해 금속실리사이드막, 예컨데, 텅스텐실리사이드막(43)을 1000∼2000Å의 두께로 증착한다. 그런다음, 상기 텅스텐실리사이드막(44) 상에 1000∼3000Å의 두께로 하드마스크용 질화막(44)을 증착한다. Referring to FIG. 3F, a metal silicide film, for example, a
그다음, 상기 하드마스크용 질화막(44)을 공지의 공정에 따라 패터닝한 후, 상기 패터닝된 하드마스크용 질화막(44)을 식각장벽으로 이용해서 그 아래의 텅스텐실리사이드막(43)과 제2폴리실리콘막(42) 및 게이트산화막(41)을 식각하여 리세스 구조의 게이트(45)를 형성한다. Next, after the hard
그리고나서, 상기 게이트(45) 양측의 기판 표면 내에 소오스/드레인영역(S, D)을 형성하여 본 발명에 따른 메모리 소자의 트랜지스터 제조를 완성한다. Then, the source / drain regions S and D are formed in the substrate surfaces on both sides of the
여기서, 본 발명의 트랜지스터는 좌측 도면에서와 같이 활성영역의 길이 방향에 대해서는 리세스형 트랜지스터 구조를 갖게 되며, 반면, 우측 도면에서와 같이 활성영역의 폭 방향에 대해서는 활성영역이 돌출된 것과 관련해서 돌출형 트랜지스터 구조를 갖게 된다. Here, the transistor of the present invention has a recessed transistor structure in the longitudinal direction of the active region as shown in the left figure, whereas, as shown in the right figure, in relation to the protrusion of the active region in the width direction of the active region. It has a protruding transistor structure.
따라서, 본 발명의 트랜지스터는 돌기형 트랜지스터 구조와 리세스형 트랜지스터 구조 모두를 가짐으로 인해, 저전력 구동이 가능하고 우수한 리프레쉬 특성을 가지며, 아울러, 높은 구동전류를 갖는 것으로 인해 고속 동작이 가능하다. 또한, 본 발명의 트랜지스터는 혼(horn)이 발생되지 않으므로 그 신뢰성을 확보할 수 있다. Therefore, since the transistor of the present invention has both the protrusion transistor structure and the recess transistor structure, low power driving is possible and excellent refresh characteristics, and high driving current is possible due to the high driving current. In addition, since the horn is not generated in the transistor of the present invention, the reliability thereof can be secured.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
이상에서와 같이, 본 발명은 돌기형 구조와 리세스형 구조 모두를 갖는 트랜지스터를 형성함으로써 높은 구동전류와 매우 긴 리프레쉬 시간을 갖는 것을 통해 저전력 및 고속 동작이 가능한 메모리 소자를 구현할 수 있다. As described above, the present invention can implement a memory device capable of low power and high speed operation by having a high driving current and a very long refresh time by forming a transistor having both a protrusion structure and a recess structure.
또한, 본 발명은 리세스형 트랜지스터 구조의 형성시 혼(horn)의 발생을 방지함으로써 제조 완료된 메모리 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다. In addition, the present invention can secure the reliability of the manufactured memory device by preventing the generation of horns when forming the recessed transistor structure.
Claims (19)
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KR1020050075787A KR100650760B1 (en) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | Method of manufacturing transistor of memory device |
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CN112186038A (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-05 | 三星电子株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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- 2005-08-18 KR KR1020050075787A patent/KR100650760B1/en not_active IP Right Cessation
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