KR100744690B1 - Method for manufacturing a semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the prior art;
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22 : 소자분리막21
23 : 리세스 24 : 제1 게이트절연막23
25 : 제1폴리실리콘 26 : 제1마스크패턴25: first polysilicon 26: the first mask pattern
27 : 제2 게이트절연막 28 : 제2마스크패턴27: second gate insulating film 28: second mask pattern
29 : 제2폴리실리콘29: second polysilicon
본 발명은 반도체 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 소자의 게이트절연막 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a gate insulating film of a semiconductor memory device.
반도체 메모리 소자가 고집적화 될수록 고속(High Speed)특성이 더욱 요구되고 있다. 반도체 메모리 소자의 속도를 높이기 위해 트랜지스터의 게이트절연막(Gate Dielectrics)을 얇게 형성하는 방법이 제시되었다. 그러나, 현재 게이트절연막으로 흔히 사용하고 있는 SiO2 또는 SiON의 경우 막의 두께를 너무 얇게 하면 누설전류(Leakage Current)가 증가하여 두께를 낮추는데 한계가 있다.As semiconductor memory devices become more integrated, high speed characteristics are increasingly required. In order to increase the speed of a semiconductor memory device, a method of thinly forming a gate dielectric of a transistor (Gate Dielectrics) has been proposed. However, in the case of SiO 2 or SiON, which is commonly used as a gate insulating film, if the thickness of the film is made too thin, there is a limit to lowering the thickness by increasing the leakage current.
이로 인해, 종래의 게이트절연막보다 유전상수가 큰 고유전체 게이트절연막(High-k Gate Dielectrics)을 사용하여 물리적 두께는 두꺼워도 전기적 두께가 얇으면서 누설전류를 억제할 수 있는 방법이 시도되고 있다. For this reason, using high-k gate dielectrics (high-k gate dielectrics) having a higher dielectric constant than conventional gate insulating films has been attempted to suppress leakage current while having a small electrical thickness but a thin electrical thickness.
한편, 디램(DRAM)과 같은 반도체 메모리 소자의 경우 셀 트랜지스터(Cell Transistor)의 신뢰성이 높아야 한다. 그러나, 상기한 고유전체 게이트절연막을 사용할 경우 높은 계면 포획 전하(Interface Trap Charge:Dit)로 인해 신뢰성 높은 소자를 형성할 수 없는 문제점이 있다. Meanwhile, in the case of a semiconductor memory device such as a DRAM, the reliability of a cell transistor should be high. However, when using the high-k gate insulating film described above, there is a problem in that a reliable device cannot be formed due to a high interface trap charge (Dit).
따라서, 반도체 메모리 소자의 셀영역에 사용되는 게이트절연막은 주변영역에 비해 전기적 두께가 두껍고, 신뢰성이 높은 종래의 열산화막을 사용하고, 주변영역은 고유전체 게이트절연막으로 형성하는 기술이 제안되었다.Accordingly, a technique has been proposed in which a gate insulating film used in a cell region of a semiconductor memory device uses a conventional thermal oxide film having a higher electrical thickness and higher reliability than a peripheral region, and a peripheral region is formed of a high dielectric gate insulating film.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설 명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의되고, 소자분리막(12)이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 게이트열산화막(13)(이하, 제1 게이트열산화막이라 함)을 형성한다.As shown in FIG. 1A, a gate thermal oxide film 13 (hereinafter referred to as a first gate thermal oxide film) is formed on an entire surface of a
이어서, 주변영역의 제1 게이트열산화막(13)을 오픈시키는 제1마스크패턴(14)을 형성한다. Next, a
이어서, 제1마스크패턴(14)을 식각마스크로 주변영역의 제1 게이트열산화막(13)을 식각하고, 제1마스크패턴(14)을 제거한다.Subsequently, the first gate
도 1b에 도시된 바와 같이, 셀영역의 제1 게이트열산화막(13)을 포함한 전면에 고유전체 게이트열산화막(15)(이하, 제2 게이트열산화막이라 함)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, a high-k gate thermal oxide film 15 (hereinafter referred to as a second gate thermal oxide film) is formed on the entire surface including the first gate
이어서, 셀영역의 제2 게이트열산화막(15)을 오픈시키는 제2마스크패턴(16)을 형성한다.Subsequently, a
도 1c에 도시된 바와 같이, 제2마스크패턴(16)을 식각마스크로 셀영역의 제2게이트열산화막(15)을 식각한다.As illustrated in FIG. 1C, the second gate
이때, 셀영역의 제2 게이트열산화막(15)을 식각하는 공정에서 셀영역의 제1게이트열산화막(13)이 손상(Damage)을 입어 신뢰성 있는 반도체 메모리 소자를 제작할 수 없는 문제점이 있다.In this case, in the process of etching the second gate
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 셀영역과 주변영역에 서로 다른 게이트절연막 형성시 셀영역의 게이트절연막이 손상입 는 것을 방지하기 위한 반도체 메모리 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a method of manufacturing a semiconductor memory device for preventing the gate insulating film of the cell region from being damaged when different gate insulating films are formed in the cell region and the peripheral region. Its purpose is to.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체 기판의 셀영역에 리세스를 형성하는 단계, 상기 리세스를 포함하는 전면에 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 리세스를 매립하는 제1폴리실리콘을 형성하는 단계, 상기 주변영역에 형성된 게이트절연막을 선택적 식각하는 단계, 상기 반도체 기판 전면에 고유전체 게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 셀영역에 형성된 고유전체 게이트절연막을 선택적 식각하는 단계, 상기 게이트절연막 및 고유전체 게이트절연막 상에 제2폴리실리콘을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a recess in a cell region of a semiconductor substrate in which a cell region and a peripheral region are defined, forming a gate insulating film on the entire surface including the recess, and filling the recess. Forming a first polysilicon, selectively etching a gate insulating film formed on the peripheral region, forming a high dielectric gate insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate, and selectively etching a high dielectric gate insulating film formed on the cell region And forming a second polysilicon on the gate insulating film and the high dielectric gate insulating film.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 셀영역과 주변영역이 정의된 반도체 기판(21)에 소자분리막(22)을 형성한다. 여기서, 소자분리막(22)은 활성영역을 정의하기 위한 것으로, 후속 리세스보다 더 깊게 형성한다.As shown in FIG. 2A, the
이어서, 셀영역의 반도체 기판(21)에 리세스를 형성한다. 여기서, 리세스 (23)는 후속 게이트절연막 식각시 게이트절연막의 보호를 위한 것으로 1500Å∼2500Å의 두께로 형성한다. 또한, 리세스(23)는 채널길이(Channel Length)가 증가되는 효과가 있다.Subsequently, a recess is formed in the
리세스(23)를 형성하기 위해 도시되지는 않았지만, 반도체 기판(21) 상에 리세스 예정지역이 오픈된 마스크패턴을 형성하고, 마스크패턴을 식각마스크로 반도체 기판(21)을 식각하여 리세스를 형성한다. 이때, 리세스 예정지역은 셀영역에만 존재하도록 마스크패턴을 형성한다.Although not shown in order to form the
도 2b에 도시된 바와 같이, 리세스(23)를 포함한 반도체 기판(21) 전면에 게이트절연막(24)(이하, 제1 게이트절연막이라 함)을 형성한다. 여기서, 제1 게이트절연막(24)은 열산화막(SiO2)으로 형성한다.As shown in FIG. 2B, a gate insulating film 24 (hereinafter referred to as a first gate insulating film) is formed on the entire surface of the
이어서, 리세스(23)를 채우면서 제1 게이트절연막(24) 상에 제1폴리실리콘(25)을 형성한다. 여기서, 제1폴리실리콘(25)은 후속 셀영역의 고유전체 게이트절연막(이하, 제2 게이트절연막이라 함) 식각시 제1 게이트절연막(24)의 손상을 방지하고, 게이트전극으로 사용하기 위한 것으로, 리세스(23)가 형성되지 않은 반도체 기판(21) 상부에 형성된 게이트절연막(24)으로부터 400Å∼1000Å의 두께가 되도록 형성한다.Subsequently, the
도 2c에 도시된 바와 같이, 제1폴리실리콘(25)을 식각하여 리세스(23) 내에만 잔류하도록 한다. 제1폴리실리콘(25)의 식각은 건식식각으로 실시하되, 리세스(23)가 형성되지 않은 반도체 기판(21) 상부에 형성된 제1 게이트절연막(24)이 드러날때까지 에치백(Etch Back)한다.As shown in FIG. 2C, the
위와 같이, 제1폴리실리콘(25)은 리세스에 매립되면서 제1 게이트절연막(24)의 표면을 덮게된다. 이는, 후속 셀영역의 제2 게이트절연막 식각시 제1 게이트절연막(24)의 손상을 방지한다. As described above, the
이어서, 제1 게이트절연막(24) 상에 주변영역의 제1 게이트절연막(24)이 오픈되도록 패터닝한 제1마스크패턴(26)을 형성한다. Subsequently, a
이어서, 제1마스크패턴(26)을 식각마스크로 주변영역의 제1 게이트절연막(24)을 식각한다. 제1 게이트절연막(24)의 식각은 습식식각을 실시한다. 이어서, 제1마스크패턴(26)을 제거한다. 제1마스크패턴(26)은 감광막으로 형성하고, 산소플라즈마로 제거한다.Subsequently, the first
도 2d에 도시된 바와 같이, 셀영역의 제1 게이트절연막(24)을 포함한 전면에 제2 게이트절연막(27)을 형성한다. 여기서, 제2 게이트절연막(27)은 HfO2, Al2O3 및 ZrO2의 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 두가지 이상이 결합된 제2 게이트절연막(27)을 형성하되, 두가지 이상이 결합된 제2 게이트절연막(27)으로는 Hf-Al-O, Hf-Zr-O 및 Hf-Si-O-N으로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다.As shown in FIG. 2D, the second
이어서, 제2 게이트절연막(27) 상에 셀영역의 제2 게이트절연막(27)을 오픈시키는 제2마스크패턴(28)을 형성한다.Next, a
이어서, 제2마스크패턴(28)을 식각마스크로 셀영역의 제2 게이트절연막(27)을 식각한다. 제2 게이트절연막(27)의 식각은 건식 또는 습식식각을 실시할 수 있다. 이어서, 제2마스크패턴(28)을 제거한다. 제2마스크패턴(28)은 감광막으로 형성하고, 산소플라즈마로 제거한다.Subsequently, the second
이때, 셀영역의 제2 게이트절연막(27) 식각시에 리세스(23)에 매립된 제1폴리실리콘(25)이 리세스(23) 내의 제1 게이트절연막(24)이 식각환경에 노출되는 것을 방지하므로 제1 게이트절연막(24)은 손상되지 않는다. 제1폴리실리콘(25)이 덮이지 않고 반도체 기판(21) 상부로 노출된 제1 게이트절연막(24)은 실질적으로 채널역할을 하지 않고, 리세스(23) 내의 제1 게이트절연막(24) 주변에 채널이 형성되므로 노출된 게이트절연막(24)은 손상되어도 무방하다.At this time, when the second
도 2e에 도시된 바와 같이, 셀영역의 제1 게이트절연막(24)과 주변영역의 제2 게이트절연막(27) 상에 제2폴리실리콘(29)을 형성한다.As shown in FIG. 2E, a
여기서, 제2폴리실리콘(29)은 셀영역의 리세스(23)에 형성된 제1폴리실리콘(25)과 함께 후속 게이트패턴의 게이트전극으로 사용하기 위한 것이다.Here, the
따라서, 셀영역의 제1 게이트절연막(24)의 손상없이 셀영역에는 신뢰성이 높고 전기적 두께가 큰 열산화막, 주변영역은 고속이 가능한 제2 게이트절연막(27)을 형성할 수 있다.Therefore, a thermally oxidized film having high reliability and a large electrical thickness and a second
상기한 본 발명은, 셀영역에 리세스를 형성함으로써 셀영역의 제2 게이트절연막 식각시 하부 셀영역의 제1 게이트절연막의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by forming a recess in the cell region, damage to the first gate insulating layer in the lower cell region may be prevented when the second gate insulating layer is etched in the cell region.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여 야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명에 의한 반도체 메모리 소자의 제조방법은 셀영역과 주변영역에 서로 다른 게이트절연막을 손상없이 형성하여 소자의 신뢰성과 전류구동력(Current Dirvability)의 극대화로 인한 고속 메모리 소자를 형성할 수 있는 효과가 있다.The method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention as described above can form a high-speed memory device by maximizing the reliability and current driving power of the device by forming different gate insulating layers in the cell region and the peripheral region without damage. It works.
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