KR100849188B1 - Method for manufacturing semiconductor device with recess gate - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor device with recess gate Download PDFInfo
- Publication number
- KR100849188B1 KR100849188B1 KR1020070009862A KR20070009862A KR100849188B1 KR 100849188 B1 KR100849188 B1 KR 100849188B1 KR 1020070009862 A KR1020070009862 A KR 1020070009862A KR 20070009862 A KR20070009862 A KR 20070009862A KR 100849188 B1 KR100849188 B1 KR 100849188B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- recess
- semiconductor device
- manufacturing
- etching
- gas
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 17
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 11
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
- H01L21/3083—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
- H01L21/3086—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
- H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
- H01L29/1037—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure and non-planar channel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66568—Lateral single gate silicon transistors
- H01L29/66613—Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation
- H01L29/66621—Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation using etching to form a recess at the gate location
Abstract
Description
도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.
도2는 종래 기술에 따른 리세스 패턴의 프로파일을 나타낸 도면.2 shows a profile of a recess pattern according to the prior art;
도3a 내지 도3e는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate in accordance with an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 리세스 패턴의 프로파일 및 그 측벽의 패시베이션막을 나타내는 도면.4 illustrates a profile of a first recess pattern and a passivation film on sidewalls thereof according to an embodiment of the present invention.
도5는 종래 기술에 따른 리세스 패턴과 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 패턴을 비교하기 위한 도면.Figure 5 is a view for comparing the recess pattern according to the embodiment of the present invention with the recess pattern according to the prior art.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체 기판 32 : 소자 분리막31
33 : 하드마스크 산화막 34 : 하드마스크 비정질 탄소막33: hard mask oxide film 34: hard mask amorphous carbon film
35 : 반사 방지막 36 : 포토레지스트 패턴35
37 : 리세스 38 : 패시베이션막37: recess 38: passivation film
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 리세스 게이트(recess gate)를 갖는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a recess gate.
최근 반도체 소자가 초고집적화 되면서 셀 트랜지스터 채널 길이가 감소하고 기판의 이온주입 도핑(implant doping) 농도가 증가함에 따라 전계(electric field) 증가에 기인한 접합 누설(junction leakage) 증가 현상이 발생하기 때문에, 기존의 플래너(planar) 트랜지스터 구조로는 소자의 리프레시(refresh) 특성을 확보하기 어렵다.In recent years, as semiconductor devices have become highly integrated, as the cell transistor channel length decreases and the ion implantation doping concentration of the substrate increases, junction leakage increases due to an increase in electric field. In the conventional planar transistor structure, it is difficult to secure the refresh characteristics of the device.
이러한 문제를 해결하기 위하여 반도체 기판의 활성 영역의 소정 부분을 식각하여 형성된 리세스 상에 게이트를 형성함으로써, 셀 트랜지스터 채널 길이를 증가시키고 이온주입 도핑 농도를 감소시켜 소자의 리프레시 특성을 향상시킬 수 있는 3차원(3-dimension) 구조의 리세스 게이트 공정이 도입되었다.In order to solve this problem, by forming a gate on a recess formed by etching a predetermined portion of the active region of the semiconductor substrate, the refresh characteristics of the device can be improved by increasing the cell transistor channel length and decreasing the ion implantation doping concentration. A three-dimensional recess gate process has been introduced.
도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.
도1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)에 활성 영역을 정의하기 위한 소자분리막(12)을 형성한다. 소자분리막(12)은 예를 들어 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 의해 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1A, an
이어서, 반도체 기판(11) 상에 하드마스크 산화막(13) 및 하드마스크 비정질 탄소막(amourphous carbon)(14)을 순차적으로 형성한다. 하드마스크 산화막(13) 및 하드마스크 비정질 탄소막(14)은 후속 리세스 형성을 위한 식각 공정시 식각 베리어로 작용한다.Subsequently, a hard
이어서, 하드마스크 비정질 탄소막(14) 상에 리세스가 형성될 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴(16)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(16)의 하부에는 노광 공정시 반사 방지를 위한 반사방지막(15)이 개재될 수 있다.Next, a
도1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(16)을 식각 마스크로 하드마스크 비정질 탄소막(14)을 식각한다. As shown in FIG. 1B, the hard mask
도1c에 도시된 바와 같이, 식각된 하드마스크 비정질 탄소막(14)을 식각 베리어로 하드마스크 산화막(13) 및 반도체 기판(11)을 순차적으로 식각하여 리세스(17)를 형성한다. As shown in FIG. 1C, the hard
이어서, 본 명세서에 도시되지 않았으나, 후속 공정으로 식각된 하드마스크 비정질 탄소막(14) 및 식각된 하드마스크 산화막(13)을 제거한 후, 리세스(17)를 포함하는 기판(11) 전면에 게이트 산화막(미도시됨)을 형성하고, 이 게이트 산화막 상에 일부는 리세스(17)에 매립되고 나머지는 기판(11)의 표면 위로 돌출되는 게이트 패턴(미도시됨)을 형성함으로써 종래 기술에 따른 리세스 게이트 공정이 종료된다. Subsequently, although not shown in the specification, after the hard mask
그러나, 최근 반도체 소자의 초고집적화 경향이 더욱 증대됨에 따라 패턴 사 이즈가 더욱 감소되면서, 이러한 종래 기술을 적용하는 경우 리세스 형성을 위한 식각시 바닥이 뾰족한 모양(V-Shape)의 프로파일을 갖는 리세스가 형성되고, 그에 따라 소자 분리막과 리세스의 경계부에 첨점 형태의 뿔(horn)이 발생한다. 이러한 뿔이 발생하는 원인은, STI 공정으로 소자 분리막을 형성하는 경우에 소자 분리용 트렌치 내에 절연막 갭필(gap-fill)을 위하여 STI 앵글(angle)은 90°이하가 되는 반면, 전술한 바와 같이 패턴 사이즈의 감소로 리세스가 뾰족한 모양의 프로파일을 갖게 되어 소자 분리막과 리세스 사이에 Si의 잔여(residue) 정도가 크기 때문이다.However, as the trend of ultra-high integration of semiconductor devices has recently been further increased, the pattern size has been further reduced. Therefore, when the conventional technology is applied, a bottom-shaped profile (V-Shape) has a profile when etching to form a recess. A recess is formed, whereby a horn of a point shape is generated at the boundary between the device isolation layer and the recess. The reason for the occurrence of the horn is that when the device isolation film is formed by the STI process, the STI angle is 90 ° or less for the insulating gap gap-fill in the trench for device isolation. This is because the size of the recess has a sharp profile due to the decrease in size, and thus the degree of residual of Si is large between the device isolation layer and the recess.
도2는 종래 기술에 따른 리세스 패턴의 프로파일을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a profile of a recess pattern according to the prior art.
도2를 참조하면 리세스 패턴이 뾰족한 모양의 프로파일을 가짐을 알 수 있다(상부 도면 참조). 또한, 소자 분리막과 리세스의 경계부를 살펴보면 첨점 형태의 뿔(A 참조)이 발생하였음을 알 수 있는데, 리세스 패턴이 뾰족한 모양의 프로파일을 갖기 때문에 Si 잔여 정도가 커서 뿔의 높이가 매우 높음을 알 수 있다(하부 도면 참조).Referring to Figure 2 it can be seen that the recess pattern has a pointed profile (see upper figure). In addition, when looking at the boundary between the device isolation layer and the recess, it can be seen that a sharp horn (see A) has occurred. Since the recess pattern has a sharp profile, the residual Si is large and the height of the horn is very high. It can be seen (see the lower figure).
이러한 뿔은 게이트 산화막의 특성 열화를 초래하고, 그에 따라 스트레스(stress)의 집중 포인트가 되어 누설 전류를 초래함으로써 오히려 소자의 리프레시 특성을 저하시키고 소자의 제조시 수율(yield)을 저하시키는 등의 문제를 발생시킨다. 따라서, 뿔의 높이를 감소시킬 수 있는 기술이 요구된다.These horns cause deterioration of the characteristics of the gate oxide film, and thus become concentration points of stress, resulting in leakage currents, thereby degrading the refresh characteristics of the device and lowering the yield in manufacturing the device. Generates. Therefore, there is a need for a technique capable of reducing the height of the horns.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리세스 형성을 위한 식각시 2단계의 식각을 통해 상부와 하부의 프로파일이 다른 듀얼 프로파일(dual profile)을 갖는 리세스를 형성함으로써 소자 분리막과 리세스의 경계부에 발생하는 뿔의 높이를 감소시킬 수 있는 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, by forming a recess having a dual profile of the upper and lower profiles are different through two-step etching during the etching for forming the recess. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a recess gate capable of reducing the height of the horn generated at the boundary between the device isolation layer and the recess.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체 기판 상부에 리세스를 위한 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 식각 베리어로 상기 반도체 기판을 1차 식각하여 제1 리세스를 형성하되, 주식각가스에 H2 가스를 첨가한 혼합 플라즈마를 이용하여 상기 1차 식각을 수행함으로써 상기 제1 리세스 측벽이 수직 프로파일을 갖게 하면서 상기 제1 리세스의 측벽에 플라즈마 반응에 의한 패시베이션막을 형성하는 단계; 및 상기 패시베이션막을 식각 베리어로 상기 제1 리세스 하부의 기판을 2차 식각하여 실질적으로 보잉(bowing) 프로파일을 갖는 제2 리세스를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming a hard mask pattern for a recess on an upper surface of a semiconductor substrate; The first substrate is formed by first etching the semiconductor substrate using the hard mask pattern as an etching barrier, and performing the first etching using a mixed plasma in which H 2 gas is added to the stock corner gas. Forming a passivation film by a plasma reaction on the sidewall of the first recess while the recess sidewall has a vertical profile; And second etching the substrate under the first recess using the passivation layer as an etch barrier to form a second recess having a substantially bowing profile.
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.
도3a 내지 도3e는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to an embodiment of the present invention.
도3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31)에 소자분리막(32)을 형성한다. 소자분리막(32)은 STI 공정에 의해 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3A, an
이어서, 소자분리막(32)이 형성된 반도체 기판(31) 상에 하드마스크 산화막(33) 및 하드마스크 비정질 탄소막(34)을 순차적으로 형성한다. 하드마스크 산화막(33) 및 하드마스크 비정질 탄소막(34)은 후속 리세스 형성을 위한 식각 공정시 식각 베리어로 작용한다.Subsequently, the hard
이어서, 하드마스크 비정질 탄소막(34) 상에 리세스 예정 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴(36)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(36)의 하부에는 노광 공정시 반사 방지를 위한 반사 방지막(35)이 개재될 수 있다.Next, a
도3b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(36)을 식각 마스크로 하드마스크 비정질 탄소막(34)을 식각한다. 여기서, 하드마스크 비정질 탄소막(34)의 식각은 하드마스크 산화막(33)을 식각 정지막으로 하여 수행되며, CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) 타입의 플라즈마 소스를 이용하되 식각 가스로 N2/O2의 플라즈마를 사용한다.As shown in FIG. 3B, the hard mask
이어서, 포토레지스트 패턴(36) 및 식각된 하드마스크 비정질 탄소막(34)을 식각 베리어로 하드마스크 산화막(33)을 식각하여 반도체 기판(31)을 노출시킨다. 여기서, 하드마스크 산화막(33)의 식각은 CFX/CHFX의 가스에 O2 가스를 첨가한 혼합 플라즈마를 사용하여 수행될 수 있다.Subsequently, the
도3c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(36) 및 반사방지막(35)을 제거한다.As shown in FIG. 3C, the
이어서, 식각된 하드마스크 비정질 탄소막(34)을 제거한다. 여기서, 하드마스크 비정질 탄소막(34)의 제거는 200~1000sccm의 유량을 갖는 O2 플라즈마를 사용하여 수행될 수 있고, 바이어스 파워의 인가 없이 오직 소스 파워만을 인가하여 수행됨이 바람직하다.Subsequently, the etched hard mask
도3d에 도시된 바와 같이, 식각된 하드마스크 산화막(33)을 식각 베리어로 노출된 반도체 기판(31)을 1차 식각하여 실질적으로 수직(vertical) 프로파일을 갖는 제1 리세스(37a)를 형성한다. 제1 리세스(37a)의 깊이는 1000~1300Å가 됨이 바람직하다. As shown in FIG. 3D, the
여기서, 제1 리세스(37a) 형성을 위한 1차 식각은 주(major) 식각가스인 Cl2/N2의 가스에 H2 가스를 첨가한 혼합 플라즈마를 사용하여 수행된다. 첨가되는 H2 가스의 유량은 30~100sccm이 됨이 바람직하다. Cl2/N2의 가스에 H2 가스를 첨가한 혼합 플라즈마를 사용하여 1차 식각을 수행하면, 식각이 진행되면서 동시에 노출되는 반도체 기판(11) 부분 즉, 제1 리세스(37a)의 측벽에 플라즈마 반응에 의한 패시베이션(passivation)막(38)이 형성된다(도4 참조). 이러한 패시베이션막(38)은 1차 식각이 진행되는 동안 노출되는 기판을 보호하여 제1 리세스(37a)가 수직 프로파일로 형성되는 것에 도움을 주고, 아울러 후속 제2 리세스(37b) 형성 공정시 식각 베리어로 작용한다. Here, the primary etching for forming the
이러한 1차 식각은 TCP(Transformer Coupled Plasma)/ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스를 이용하여 수행되고, 식각 조건으로 5~20 mtorr의 압력, 700~1500W의 소스 파워 및 200~500V의 바이어스 파워를 인가함이 바람직하다. 또한, 1차 식각은 전술한 Cl2/N2에 H2를 첨가한 혼합 플라즈마에 CFxHy계 가스, 예를 들어 CHF3, CH2F2 등의 가스를 첨가하여 수행될 수도 있다.This primary etching is performed using a TCP (Transformer Coupled Plasma) / ICP (Inductively Coupled Plasma) type plasma source, and the etching conditions are 5 to 20 mtorr pressure, 700 to 1500 W source power and 200 to 500 V bias. It is preferable to apply power. In addition, the primary etching is performed on Cl 2 / N 2 described above. It may also be performed by adding a gas such as CF x Hy- based gas, for example CHF 3 , CH 2 F 2 , to the mixed plasma to which H 2 is added.
본 명세서의 도면에 도시되지 않았으나, 패시베이션막(38) 형성 후 결과물에 대해 02/N2 가스를 사용하여 플라즈마 산화처리함으로써 패시베이션막(38) 상에 산화막(미도시됨)을 추가적으로 형성할 수도 있다. 이는 후속 제2 리세스(37b) 형성 공정시 식각 베리어로 작용하는 패시베이션막(38)의 식각 마진(margin)이 부족할 가능성이 있기 때문이다. 패시베이션막(38) 및 산화막이 적층된 두께는 20~30Å이 됨이 바람직하다.Although not shown in the drawings of this specification, 0 2 / N 2 for the result after the
도3e 도시된 바와 같이, 하드마스크 산화막(33) 및 적어도 패시베이션막(38)(패시베이션막(38) 상에 추가적으로 플라즈마 산화처리에 의한 산화막이 형성된 경우에는 패시베이션막(38) 및 산화막을 식각 베리어로 하기 때문에, 적어도로 표현함)을 식각 베리어로 제1 리세스(37a) 하부의 반도체 기판(31)을 2차 식각하여 제2 리세스(37b)를 형성한다. 제2 리세스(37b)는 200~500Å 정도의 깊이로 형성될 수 있다.As shown in Fig. 3E, when the hard
이때, 2차 식각은 약한 등방성(isotropic) 식각 특성을 갖도록 수행됨으로써, 제2 리세스(37b)는 그 측면이 약간 안쪽으로 휘어지는 보잉(bowing) 프로파일 을 갖게 되며 그 결과 제2 리세스(37b)는 제1 리세스(37a)의 폭보다 수~수십nm가 확장된 폭을 갖게 된다. At this time, the secondary etching is performed to have a weak isotropic etching characteristic, so that the
이러한 2차 식각은 TCP/ICP 타입의 플라즈마 소스를 이용하여 수행되고, 클로린(chlorine)계 가스, 브롬(bromine)계 가스 및 플로린(flourine)계 가스를 포함하는 식각 가스를 사용하되 식각 조건으로 10~30mtorr의 압력, 500~1000W의 소스 파워 및 100~500V의 바이어스 파워를 인가함이 바람직하다. 특히, 식각 가스로 HBr/Cl2/SF6/O2 가스를 이용하는 경우 유량 비율을 9:3:13:1로 함이 바람직하다.This secondary etching is carried out using a plasma source of the TCP / ICP type, using an etching gas containing chlorine gas, bromine gas and florine gas, but the
이러한 2차 식각 공정은 1차 식각 공정과 인시튜(In-Situ)로 진행된다. The secondary etching process proceeds with the primary etching process and In-Situ.
도3d 및 도3e의 과정을 통하여 형성된 제1 리세스(37a) 및 제2 리세스(37b)는 리세스 상부와 하부의 프로파일이 다른 듀얼(dual) 프로파일을 갖는 리세스(37)를 구성하게 된다. 이러한 듀얼 프로파일을 갖는 리세스(37)는 전술한 종래 기술과 비교하여 리세스(37) 하부의 폭이 약 수~수십nm 정도 넓은 프로파일을 갖기 때문에 뿔의 높이가 현저히 감소함을 알 수 있다(도5의 우측 도면 참조). 즉, STI 앵글이 90°이하가 되는 경우에도 뿔의 높이를 최소화할 수 있다. 이러한 리세스(37) 상에 게이트 패턴을 형성하면 누설 전류가 억제되어 소자의 리프레시 특성 향상이 가능하기 때문에 소자의 제조시에 수율 향상, 비용 감소 등이 가능하다.The
제2 리세스(37b) 형성 공정 후에, 추가적으로 리세스(37) 하부의 폭을 좀더 넓히기 위해 하드마스크 산화막(33) 및 적어도 패시베이션막(38)을 식각 베리어로 제2 리세스(37b)에 대한 등방성 식각(이하, 3차 식각)을 수행함으로써 제2 리세 스(37b)의 측면을 좀더 넓힐 수 있고, 그에 따라 뿔의 높이를 더욱 감소시킬 수 있다. 3차 식각 결과 제2 리세스(37b)의 측면이 예를 들어 10~15nm 정도 더 넓혀질 수 있고 그로 인하여 보잉 프로파일을 갖는 제2 리세스(37b)의 프로파일이 구형에 가깝게 변형될 수 있다.After the process of forming the
이때, 3차 식각은 TCP/ICP 타입의 플라즈마 소스를 이용하여 수행되고, 다량의 HBr/Cl2 가스에 소량의 SF6/O2 가스가 혼합된 식각 가스를 사용하되 식각 조건으로 20~100mtorr의 압력, 500~1500W의 소스 파워 및 50W 이하의 바이어스 파워를 인가함이 바람직하다. 이때, SF6 대신 NFX 또는 CFX 가스를 사용할 수도 있다. At this time, the third etching is performed using a plasma source of TCP / ICP type, using an etching gas in which a small amount of SF 6 / O 2 gas is mixed with a large amount of HBr / Cl 2 gas, but the etching conditions of 20 ~ 100mtorr It is preferable to apply a pressure, a source power of 500-1500 W and a bias power of 50 W or less. At this time, SF 6 NF X Alternatively, CF X gas may be used.
이어서, 본 명세서에 도시되지 않았으나, 후속 공정으로 식각된 하드마스크 산화막(33)을 제거한 후, 리세스(37)를 포함하는 기판(31) 전면에 게이트 산화막(미도시됨)을 형성하고, 이 게이트 산화막 상에 일부는 리세스(37)에 매립되고 나머지는 기판(31)의 표면 위로 돌출되는 게이트 패턴(미도시됨)을 형성함으로써 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조방법이 종료된다.Subsequently, although not shown in the present specification, after the hard
전술한 본 발명의 일실시예에 따른 1차 식각, 2차 식각 또는 3차 식각은 TCP/ICP 타입의 플라즈마 소스를 이용하는 고밀도 식각 장비에서 수행되지만, 다른 일실시예가 존재할 수도 있다. 예를 들어, 1차 식각, 2차 식각 또는 3차 식각은 패러데이 실드(Faraday Shield)가 장착된 ICP 타입의 식각 장비에서 수행되거나, 또는, MDS(Microwave Down Stream), ECR(Electron Cyclotron Resonance), Helical 타 입의 플라즈마 소스를 이용하는 식각 장비 중 어느 하나에서 수행될 수도 있다.Although the primary, secondary or tertiary etching according to the embodiment of the present invention described above is performed in a high-density etching equipment using a plasma source of the TCP / ICP type, another embodiment may exist. For example, primary etching, secondary etching, or tertiary etching may be performed in an ICP type etching apparatus equipped with a Faraday Shield, or may include MDS (Microwave Down Stream), ECR (Electron Cyclotron Resonance), It may be performed in any one of the etching equipment using the plasma type of the helical type.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 리세스 패턴의 프로파일 및 그 측벽의 패시베이션막을 나타내는 도면이다. 4 illustrates a profile of a first recess pattern and a passivation film on sidewalls thereof according to an embodiment of the present invention.
도4를 참조하면, Cl2/N2의 가스에 H2 가스를 첨가하여 반도체 기판을 식각하는 경우, 리세스의 형성과 동시에 리세스 측벽에 플라즈마 반응에 의한 패시베이션막이 형성된다.Referring to FIG. 4, when the H 2 gas is added to the Cl 2 / N 2 gas to etch the semiconductor substrate, a passivation film is formed on the sidewall of the recess by a plasma reaction at the same time as the recess is formed.
도5는 종래 기술에 따른 리세스 패턴과 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 패턴을 비교하기 위한 도면이다.5 is a diagram for comparing a recess pattern according to the related art with a recess pattern according to an exemplary embodiment of the present invention.
도5의 좌측 도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 리세스 패턴은 바닥이 뾰족한 모양의 프로파일을 갖기 때문에 소자 분리막과 리세스의 경계부에 첨점 형태의 뿔이 매우 높게 발생함을 알 수 있다. 반면, 도5의 우측 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 패턴은 상부에 비해 하부의 폭이 넓은 듀얼 프로파일을 갖기 때문에 소자 분리막과 리세스의 경계부에 발생하는 뿔의 높이가 현저히 낮아짐을 알 수 있다. Referring to the left side of FIG. 5, it can be seen that the recess pattern according to the related art has a pointed profile at the bottom, and thus, the horns of the point shape are very high at the boundary between the device isolation layer and the recess. On the other hand, referring to the right side of FIG. 5, since the recess pattern according to the exemplary embodiment of the present invention has a dual profile having a wider width at the bottom than the top, the height of the horns occurring at the boundary between the device isolation layer and the recess is increased. It can be seen that it is significantly lower.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically recorded in accordance with the above-described preferred embodiments, it should be noted that the above-described 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 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법은, 리세스 형성을 위한 식각시 2단계의 식각을 통해 상부와 하부의 프로파일이 다른 듀얼 프로파일(dual profile)을 갖는 리세스를 형성함으로써 소자 분리막과 리세스의 경계부에 발생하는 뿔의 높이를 감소시켜 소자의 리프레시 특성 및 소자의 제조시 수율을 향상시킬 수 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the present invention, a recess having a dual profile having different upper and lower profiles is formed through two-step etching during etching for forming a recess. As a result, the height of the horn generated at the boundary between the device isolation layer and the recess can be reduced to improve the refresh characteristics of the device and the yield in manufacturing the device.
Claims (20)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070009862A KR100849188B1 (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate |
CN2007101815989A CN101174563B (en) | 2006-10-30 | 2007-10-29 | Method for fabricating semiconductor device with recess gate |
US11/928,056 US7858476B2 (en) | 2006-10-30 | 2007-10-30 | Method for fabricating semiconductor device with recess gate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070009862A KR100849188B1 (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100849188B1 true KR100849188B1 (en) | 2008-07-30 |
Family
ID=39825451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070009862A KR100849188B1 (en) | 2006-10-30 | 2007-01-31 | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100849188B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6544838B2 (en) | 2001-03-13 | 2003-04-08 | Infineon Technologies Ag | Method of deep trench formation with improved profile control and surface area |
KR20060114180A (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating transistor of semiconductor device |
-
2007
- 2007-01-31 KR KR1020070009862A patent/KR100849188B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6544838B2 (en) | 2001-03-13 | 2003-04-08 | Infineon Technologies Ag | Method of deep trench formation with improved profile control and surface area |
KR20060114180A (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating transistor of semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101070292B1 (en) | Method of fabricating recess gate in semiconductor device | |
US8487399B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR100744068B1 (en) | Method for fabricating transistor of semiconductor device | |
KR100707803B1 (en) | Method for fabricating the same of semiconductor device with recess gate | |
US20060138474A1 (en) | Recess gate and method for fabricating semiconductor device with the same | |
US7642161B2 (en) | Method of fabricating recess gate in semiconductor device | |
US7858476B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device with recess gate | |
KR20080038503A (en) | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate | |
KR100792365B1 (en) | Method for fabricating recess gate in semiconductor device | |
US7575974B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device including recess gate | |
US20080160742A1 (en) | Method for fabricating semiconductor device with recess gate | |
KR100849188B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate | |
KR100842762B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate | |
KR100825028B1 (en) | Method for fobricating semiconductor device with recess gate | |
KR20060113261A (en) | Method for manufacturing semiconductor device using recess gate process | |
KR100704472B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate | |
KR100726147B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device with recess gate | |
KR20060135285A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR20060112854A (en) | Method for forming semiconductor device | |
KR20060095374A (en) | Method for fabricating recess gate in semiconductor device | |
KR20090017113A (en) | Method for manufacturing transistor in semiconductor device | |
KR20080087442A (en) | Method for forming recess gate of semiconductor device | |
KR20060075374A (en) | Semiconductor device with increased channel length and method for manufacturing the same | |
KR20070068667A (en) | Method for manufacturing of isolation in semiconductor device | |
KR20080089031A (en) | Method for fabricating recess gate in semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120625 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |