KR100745894B1 - Method for forming recess gate of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법에 관한 것으로, 리세스 게이트 마스크를 저장 전극 영역 방향으로 오정렬시켜 비대칭 구조를 형성함으로써 저장 전극 영역의 게이트 측벽 산화막을 증가시켜 전기장의 감소에 의한 누설전류를 방지하여 리프레쉬 특성을 향상시키며, 비트 라인 영역의 게이트 측벽 산화막을 감소시켜 오정렬에 따른 Vt 및 Rc의 변화를 최소화하여 전기적 특성을 향상시키는 기술을 나타낸다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a recess gate of a semiconductor device, wherein the recess gate mask is misaligned in a direction of a storage electrode region to form an asymmetric structure, thereby increasing the gate sidewall oxide layer of the storage electrode region to reduce leakage current due to a decrease in electric field. The present invention provides a technique of improving the electrical characteristics by minimizing the variation of Vt and Rc due to misalignment by reducing the gate sidewall oxide layer of the bit line region.
Description
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법을 도시한 평면도 및 단면도. 1 and 2 are a plan view and a cross-sectional view showing a recess gate forming method of a semiconductor device according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법을 도시한 평면도. 3 is a plan view showing a recess gate forming method of a semiconductor device according to the present invention;
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법을 도시한 단면도들.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of forming a recess gate in a semiconductor device according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법에 관한 것으로, 리세스 게이트 마스크를 저장 전극 영역 방향으로 오정렬시켜 비대칭 구조를 형성함으로써 저장 전극 영역의 게이트 측벽 산화막을 증가시켜 전기장의 감소에 의한 누설전류를 방지하여 리프레쉬 특성을 향상시키며, 비트 라인 영역의 게이트 측벽 산화막을 감소시켜 오정렬에 따른 Vt 및 Rc의 변화를 최소화하여 전기적 특성을 향상시키는 기술을 나타낸다. BACKGROUND OF THE
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법을 도시한 평면도 및 단면도이다. 1 and 2 are plan and cross-sectional views illustrating a method of forming a recess gate of a semiconductor device according to the related art.
도 1을 참조하면, 활성 영역(1)이 구비된 반도체 기판 상부에 게이트 라인(3)이 형성되고, 게이트 라인(3) 상에 리세스 게이트 마스크(5)가 형성된 모습을 도시한 평면도이다. Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 상기 도 1의 ⓐ-ⓐ' 절단면을 도시한 것으로, 소자 분리막(15)이 구비된 반도체 기판(10) 상에 비트 라인 영역 방향으로 오정렬된 리세스 게이트 영역을 형성한다. 다음에, 상기 리세스 게이트 영역을 매립하는 폴리실리콘층(25), 텅스텐 실리사이드층(30) 및 하드 마스크층(35)의 적층 구조를 형성하고 상기 적층 구조를 식각하여 리세스 게이트 전극을 형성한다. Referring to FIG. 2, the cutting line ⓐ-ⓐ ′ of FIG. 1 is illustrated, and a recess gate region misaligned in the bit line region direction is formed on the
상기 리세스 게이트 전극 측벽에 산화막 스페이서(40)를 형성하되, 상기 비트 라인 영역 방향의 오정렬된 부분에 산화막이 증가되도록 형성하는 것이 바람직하다.An
다음에 상기 리세스 게이트 전극 및 하드 마스크층(35) 측벽에 질화막 스페이서(45)를 형성하고 질화막 스페이서(45)에 의해 노출된 영역을 절연막으로 매립하여 콘택 플러그(50)를 형성한다. Next, a
상술한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법에서, 리세스 게이트 형성시 게이트 전극과 리세스 게이트 영역간에 오정렬이 발생하여 저장 전극 영역 측벽의 산화막이 감소됨으로써 전기장 증가에 의한 누설전류가 증가하고 비트 라인 영역 측벽의 산화막이 증가하여 Vt 및 Rc가 증가하는 문제점이 있다. In the above-described method of forming a recess gate of a semiconductor device according to the related art, a misalignment occurs between the gate electrode and the recess gate region when the recess gate is formed, thereby reducing the oxide film on the sidewall of the storage electrode region, thereby increasing the leakage current due to the increase of the electric field. In addition, there is a problem that Vt and Rc increase due to an increase in the oxide film on the sidewalls of the bit line region.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 리세스 게이트 마스크를 저장 전극 영역 방향으로 오정렬시켜 비대칭 구조를 형성함으로써 저장 전극 영역의 게이트 측벽 산화막을 증가시켜 전기장의 감소에 의한 누설전류를 방지하여 리프레쉬 특성을 향상시키며, 비트 라인 영역의 게이트 측벽 산화막을 감소시켜 오정렬에 따른 Vt 및 Rc의 변화를 최소화하여 전기적 특성을 향상시키는 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. In order to solve the above problem, the recess gate mask is misaligned toward the storage electrode region to form an asymmetric structure, thereby increasing the gate sidewall oxide layer of the storage electrode region to prevent leakage current due to the reduction of the electric field, thereby improving refresh characteristics. It is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor device in which the gate sidewall oxide film of the bit line region is reduced to minimize the change of Vt and Rc due to misalignment, thereby improving electrical characteristics.
본 발명에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법은
소자분리막이 구비된 반도체기판 상부에 웰 및 문턱전압 조절 영역을 형성하는 단계;
반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 리세스 게이트 영역을 형성하되, 상기 리세스 게이트 영역이 저장 전극 영역 방향으로 치우치도록 오정렬시켜 형성하는 단계;
상기 리세스 게이트 영역을 매립하는 폴리실리콘층, 게이트 금속층 및 게이트 하드 마스크층의 적층 구조를 형성하는 단계;
상기 적층 구조를 식각하여 리세스 게이트 패턴을 형성하되, 상기 오정렬된 리세스 게이트 영역이 일부 노출되는 단계;
상기 노출된 리세스 게이트 영역, 리세스 게이트 측벽 및 반도체기판 표면에 산화막을 형성하고 소스/드레인 접합을 형성하는 단계; 및
상기 리세스 게이트 측벽에 스페이서를 형성한 후 노출된 반도체 기판을 매립하는 콘택 플러그를 형성하는 단계; 를 포함하는 것과,
상기 리세스 게이트 영역은 50 내지 2500Å의 깊이로 형성하는 것과,Recess gate forming method of a semiconductor device according to the present invention
Forming a well and a threshold voltage control region on the semiconductor substrate including the device isolation layer;
Etching the semiconductor substrate to a predetermined depth to form a recess gate region, wherein the recess gate region is misaligned so as to be biased toward the storage electrode region;
Forming a stacked structure of a polysilicon layer, a gate metal layer, and a gate hard mask layer filling the recess gate region;
Etching the stacked structure to form a recess gate pattern, wherein the misaligned recess gate region is partially exposed;
Forming an oxide film and forming a source / drain junction on the exposed recess gate region, the recess gate sidewall and the surface of the semiconductor substrate; And
Forming a contact plug on a sidewall of the recess gate and then filling a exposed semiconductor substrate; To include,
The recess gate region is formed to a depth of 50 to 2500Å,
상기 리세스 게이트 오정렬 폭은 게이트 선폭의 0.1 내지 0.5배 인 것을 특징으로 한다. The recess gate misalignment width is 0.1 to 0.5 times the gate line width.
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이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명의 리세스 게이트 마스크를 도시한 평면도이다. 3 is a plan view illustrating a recess gate mask of the present invention.
도 3을 참조하면, 활성 영역(60)이 구비된 반도체 기판 상부에 게이트 라인(80)이 형성되고, 게이트 라인(80) 상에 리세스 게이트 마스크(70)가 형성된 모습을 도시한 평면도이다. Referring to FIG. 3, a
여기서, 리세스 게이트 마스크(70)는 저장 전극 영역(35) 방향으로 게이트 선폭의 0.1 내지 0.5배 만큼 오정렬된 폭을 갖는 것을 나타낸다.Here, the
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 형성 방법을 도시한 단면도로 상기 도 3의 ⓑ-ⓑ'의 절단면을 도시한 것이다.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a semiconductor device and a method of forming the semiconductor device according to the present invention, and illustrates a cut surface of ⓑ-ⓑ 'of FIG.
도 4a를 참조하면, 소자 분리막(110)이 구비된 반도체 기판(100) 상부에 웰 및 문턱 전압 조절 영역을 형성한다. Referring to FIG. 4A, a well and a threshold voltage adjusting region are formed on the
도 4b를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 리세스 게이트 영역을 정의하는 감광막 패턴(120)을 형성하고 감광막 패턴(120)을 마스크로 반도체 기판(100)을 소정 깊이 식각하여 리세스 게이트 영역을 형성한다. Referring to FIG. 4B, a
여기서, 상기 리세스 게이트 영역은 종래 기술에서 형성되는 리세스 게이트 영역보다 저장 전극 영역의 방향으로 게이트 선폭의 0.1 내지 0.5 배 오정렬시켜 500 내지 2500Å의 깊이로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다. Here, the recess gate region may be formed by etching to a depth of 500 to 2500 시켜 by misaligning the gate line width by 0.1 to 0.5 times in the direction of the storage electrode region than the recess gate region formed in the related art.
도 4c를 참조하면, 상기 리세스 게이트 영역을 포함하는 반도체 기판(100) 전면에 게이트 산화막(140)을 형성하고, 상기 리세스 게이트 영역을 매립하는 폴리실리콘층(150), 게이트 금속층(160) 및 게이트 하드 마스크층(170)의 적층 구조를 형성한 후 상기 적층 구조를 식각하여 리세스 게이트를 형성한다.Referring to FIG. 4C, a
이때, 상기 도 4b와 같이 상기 리세스 게이트 영역이 오정렬되었으므로 상기 리세스 게이트 식각시 저장 전극 영역 방향의 상기 리세스 게이트 영역에 폴리실리콘층(150)이 완전히 매립되지 않고 일부 노출되는 것이 바람직하다.In this case, since the recess gate region is misaligned as shown in FIG. 4B, the
도 4d를 참조하면, 반도체 기판(100) 및 상기 리세스 게이트 측벽에 제 1 스페이서(180)를 형성한 후 소스/드레인 영역(185)을 형성한다.Referring to FIG. 4D, after forming the
여기서, 제 1 스페이서(180)는 노출된 리세스 게이트 영역이 매립되도록 실리콘 산화막으로 형성하되, 상기 반도체 기판(100), 폴리실리콘층(150) 및 게이트 금속층(160) 표면에 형성한 것이다. Here, the
도 4e를 참조하면, 상기 리세스 게이트 및 반도체 기판(100)의 측벽에 제 2 스페이서(190)를 형성하고 제 2 스페이서(190)에 의해 노출된 반도체 기판(100)을 소정 깊이 식각한 후 상기 노출된 영역을 매립하여 콘택 플러그(200)를 형성한다. Referring to FIG. 4E, a
여기서, 제 2 스페이서(190)는 질화막으로 형성하며, 콘택 플러그(200)는 n 형 폴리실리콘층으로 형성하는 것이 바람직하다. The
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리세스 게이트 형성 방법을 도시한 단면도이다. 5 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a recess gate according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 활성 영역(210)이 구비된 반도체 기판(200) 상부에 비트 라인 영역 방향의 리세스 게이트 영역은 아웃터 게이트 구조로 형성하며, 저장 전극 영역 방향의 리세스 게이트는 정 얼라인된 리세스 게이트 영역을 형성한다. Referring to FIG. 5, a recess gate region in a bit line region direction is formed as an outer gate structure on the
다음에, 상기 리세스 게이트 영역을 포함하는 반도체 기판(200) 전면에 게이트 산화막(220)을 형성하고, 상기 리세스 게이트 영역을 매립하는 폴리실리콘층(230), 게이트 금속층(240) 및 하드마스크층(250)의 적층 구조를 형성한 후 상기 적층 구조를 식각한다. Next, a
다음에, 폴리실리콘층(230) 및 게이트 금속층(240) 측벽에 산화막 스페이서(260)를 형성한 후 산화막 스페이서(260) 및 하드마스크층(250) 측벽에 질화막 스페이서(270)를 형성한다. Next, after forming the
여기서, 상기 리세스 게이트 영역의 폭이 감소되며 비대칭적인 리세스 게이트를 형성되는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the width of the recess gate region is reduced and an asymmetric recess gate is formed.
본 발명에 따른 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법은 리세스 게이트 마스크를 저장 전극 영역 방향으로 오정렬시켜 비대칭 구조를 형성함으로써 저장 전극 영역의 게이트 측벽 산화막을 증가시켜 전기장의 감소에 의한 누설전류를 방지하여 리프레쉬 특성을 향상시키며, 비트 라인 영역의 게이트 측벽 산화막을 감소시켜 오정렬에 따른 Vt 및 Rc의 변화를 최소화하여 전기적 특성이 향상되는 효과가 있다. In the method of forming a recess gate of a semiconductor device according to the present invention, the recess gate mask is misaligned toward the storage electrode region to form an asymmetric structure, thereby increasing the gate sidewall oxide layer of the storage electrode region to prevent leakage current due to a decrease in electric field. The refresh characteristic is improved, and the gate sidewall oxide layer of the bit line region is reduced to minimize the change of Vt and Rc due to misalignment, thereby improving electrical characteristics.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
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