KR100880838B1 - Method for manufacturing semiconductor device with recess gate - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device with recess gate Download PDF

Info

Publication number
KR100880838B1
KR100880838B1 KR1020070058244A KR20070058244A KR100880838B1 KR 100880838 B1 KR100880838 B1 KR 100880838B1 KR 1020070058244 A KR1020070058244 A KR 1020070058244A KR 20070058244 A KR20070058244 A KR 20070058244A KR 100880838 B1 KR100880838 B1 KR 100880838B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
gate
hard mask
gate electrode
forming
Prior art date
Application number
KR1020070058244A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20080110010A (en
Inventor
전원철
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020070058244A priority Critical patent/KR100880838B1/en
Publication of KR20080110010A publication Critical patent/KR20080110010A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100880838B1 publication Critical patent/KR100880838B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep 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
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66613Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28035Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
    • H01L21/28044Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체 기판상에 리세스를 위한 개구부를 갖는 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 식각 베리어로 상기 반도체 기판을 식각하여 리세스를 형성하는 단계; 상기 리세스 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴 표면으로부터 소정 정도 하향된 지점까지 상기 리세스 및 상기 개구부 일부를 매립하는 제1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 전극 상에 상기 개구부 나머지를 매립하는 제1 절연막 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 제1 절연막 패턴을 마스크로 불순물 주입 공정을 수행하여 상기 반도체 기판내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하며, 상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법은, 리세스 형성에 사용되는 하드마스크 패턴을 이용하여 게이트 패턴의 가장 하부막을 우선 패터닝하여 하부 게이트 전극을 형성하고 연속하여 이 하부 게이트 전극 양측의 반도체 기판 내에 소스/드레인 영역을 형성한 후, 게이트 패턴의 상부막 형성 및 패터닝 등의 후속 공정을 수행함으로써, 리세스와 게이트 간 오정렬로 발생하는 문제 및 랜딩 플러그 콘택과 게이트가 단락되는 문제를 해결하여 소자의 전기적 특성 및 공정 수율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of: forming a hard mask pattern having an opening for a recess on a semiconductor substrate; Forming a recess by etching the semiconductor substrate using the hard mask pattern as an etch barrier; Forming a gate insulating film on the recess surface; Forming a first gate electrode filling a portion of the recess and the opening to a point downwardly downward from a surface of the hard mask pattern; Forming a first insulating layer pattern filling the remainder of the opening on the first gate electrode; Removing the hard mask pattern; And forming a source / drain region in the semiconductor substrate by performing an impurity implantation process using the first insulating layer pattern as a mask, wherein the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is used to form a recess. The lowermost layer of the gate pattern is first patterned using a hard mask pattern to form a lower gate electrode, and subsequently, source / drain regions are formed in the semiconductor substrates on both sides of the lower gate electrode, and then an upper layer, patterning, etc. of the gate pattern is formed. By performing the subsequent process of, it is possible to solve the problem caused by the misalignment between the recess and the gate and the shorting of the landing plug contact and the gate to improve the electrical characteristics and the process yield of the device.

리세스 게이트(recess gate), 오정렬(misalign), 단락(short) Recess gate, misalign, short

Description

리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE WITH RECESS GATE}A method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate {METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE WITH RECESS GATE}

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법 및 문제점을 설명하기 위한 도면.1A and 1B illustrate a manufacturing method and a problem of a semiconductor device having a recess gate according to the prior art;

도2a 내지 도2j는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2J 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.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

20 : 반도체 기판 21 : 소자 분리막20 semiconductor substrate 21 device isolation film

22 : 개구부 23 : 버퍼 산화막 패턴22: opening 23: buffer oxide film pattern

24 : 하드마스크 패턴 25 : 리세스24: hard mask pattern 25: recess

26 : 게이트 절연막 27 : 게이트 전극용 폴리실리콘막26 gate insulating film 27 polysilicon film for gate electrode

27a : 폴리실리콘 게이트 전극 28a : 제1 절연막 패턴27a: polysilicon gate electrode 28a: first insulating film pattern

29 : 소스/드레인 영역 30a : 제2 절연막 패턴29 source / drain region 30a: second insulating film pattern

31 : 게이트 전극용 금속막 31a : 금속 게이트 전극31 metal film for gate electrode 31a metal gate electrode

32 : 게이트 하드마스크용 절연막 32a : 게이트 하드마스크32: insulating film for gate hard mask 32a: gate hard mask

33 : 게이트 스페이서33: gate spacer

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.

반도체 소자의 트랜지스터 제조에 있어서 가장 중요한 파라미터(parameter) 중 하나는 문턱전압(threshold voltage : Vt)이다. 문턱전압은 게이트 산화막의 두께, 채널 도핑(Channel Doping) 농도, 옥사이드 차지(Oxide Charge), 게이트 전극 물질 등에 따라 변하게 된다. 최근 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 빠른 속도 및 낮은 동작 전압을 갖는 반도체 소자의 제조가 요구되면서, 문턱 전압의 감소도 아울러 요구되고 있다.One of the most important parameters in the fabrication of transistors in semiconductor devices is the threshold voltage (Vt). The threshold voltage is changed depending on the thickness of the gate oxide layer, the channel doping concentration, the oxide charge, the gate electrode material, and the like. Recently, as semiconductor devices are highly integrated, manufacturing of semiconductor devices having high speeds and low operating voltages is required, and a threshold voltage is also required.

그러나, 반도체 소자가 고집적화되면서 반도체 소자의 크기가 감소함에 따라, 트랜지스터의 채널 길이(Channel Length) 감소에 따른 단채널 효과(short channel effect)가 발생하게 되었다. 이러한 단채널 효과는 문턱전압을 변동시켜 이론값과 달라지게 함으로써 소자의 제어를 어렵게 하고, 핫 캐리어(hot carrier)에 의한 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering) 현상을 초래하는 등 여러가지 문제점을 발생시킨다.However, as the size of the semiconductor device decreases as the semiconductor device is highly integrated, a short channel effect occurs due to a decrease in the channel length of the transistor. This short channel effect causes various problems, such as changing the threshold voltage to be different from the theoretical value, making it difficult to control the device and causing a drain induced barrier lowering (DIBL) caused by a hot carrier.

이러한 문제를 해결하기 위하여 반도체 기판 활성 영역의 게이트 예정 영역 을 식각하여 리세스를 형성하고 이 리세스 상에 게이트를 형성하여 트랜지스터를 제조함으로써 트랜지스터의 채널 길이를 증가시킬 수 있는 리세스 게이트 공정이 제안되었다.In order to solve this problem, a recess gate process capable of increasing the channel length of a transistor by forming a recess by etching a gate predetermined region of a semiconductor substrate active region and forming a gate on the recess is manufactured. It became.

도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법 및 문제점을 설명하기 위한 도면이다.1A and 1B are views for explaining a method and a problem of a semiconductor device having a recess gate according to the prior art.

도1a 및 도1b를 참조하여 종래 기술에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. 이때, 도1a 및 도1b에서 동일 또는 유사한 부분은 동일한 도면 부호를 사용한다.A method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A and 1B as follows. In this case, the same or similar parts in FIGS. 1A and 1B use the same reference numerals.

우선, 반도체 기판(10)에 소자 분리막(11)을 형성하여 반도체 기판(10)의 활성 영역을 형성한다.First, the device isolation layer 11 is formed on the semiconductor substrate 10 to form an active region of the semiconductor substrate 10.

이어서, 반도체 기판(10) 상에 리세스 예정 영역을 노출시키는 하드마스크 패턴(미도시됨)을 형성한 후, 이 하드마스크 패턴을 식각 베리어로 반도체 기판(10)의 활성 영역을 식각하여 리세스(12)를 형성한다.Subsequently, after forming a hard mask pattern (not shown) exposing the recessed region on the semiconductor substrate 10, the hard mask pattern is etched using an etching barrier to etch the active region of the semiconductor substrate 10. (12) is formed.

이어서, 하드마스크 패턴을 제거한 후, 리세스(12)를 포함하는 반도체 기판(10) 전면에 게이트 절연막(13)을 형성한다.Subsequently, after removing the hard mask pattern, the gate insulating layer 13 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 10 including the recess 12.

이어서, 게이트 절연막(13) 상에 게이트 전극용 폴리실리콘막(14), 게이트 전극용 금속막(15) 및 게이트 하드마스크용 절연막(16)을 순차적으로 형성한 후, 게이트 패터닝을 위한 감광막 패턴(미도시됨)을 이용하여 게이트 하드마스크용 절연막(16), 게이트 전극용 금속막(15) 및 게이트 전극용 폴리실리콘막(14)을 순차적으로 식각함으로써 게이트 패턴(100)을 형성한다.Subsequently, the polysilicon film 14 for the gate electrode, the metal film 15 for the gate electrode, and the insulating film 16 for the gate hard mask are sequentially formed on the gate insulating film 13, and then the photoresist film pattern for gate patterning ( The gate pattern 100 is formed by sequentially etching the insulating film 16 for the gate hard mask, the metal film 15 for the gate electrode, and the polysilicon film 14 for the gate electrode.

이어서, 게이트 패턴(100)의 양측벽에 게이트 스페이서(17)를 형성하고, 게이트 패턴(100) 양측의 반도체 기판(11) 내에 소스/드레인 영역(18)을 형성한다.Subsequently, gate spacers 17 are formed on both sidewalls of the gate pattern 100, and source / drain regions 18 are formed in the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate pattern 100.

본 공정 결과, 리세스에 일부가 매립되고 나머지는 반도체 기판의 표면위로 돌출되는 리세스 게이트를 형성할 수 있다.As a result of this process, it is possible to form a recess gate in which a part is embedded in the recess and the rest protrudes on the surface of the semiconductor substrate.

그러나, 이와 같은 리세스 게이트 형성 방법은 다음과 같은 문제점을 갖는다.However, such a recess gate forming method has the following problems.

도1a를 참조하면, 게이트 패터닝을 위한 감광막 패턴과 리세스(12) 간 오정렬(mis-align)이 발생하는 경우, 리세스(12)를 중심으로 게이트 패턴(100)이 비대칭적으로 형성된다. 이는, 소스/드레인 영역(18)의 비대칭적인 형성을 초래하여 소자의 전기적 특성을 열화시키는 원인이 된다.Referring to FIG. 1A, when mis-alignment occurs between the photoresist pattern for gate patterning and the recess 12, the gate pattern 100 is asymmetrically formed around the recess 12. This results in asymmetrical formation of the source / drain regions 18, which causes deterioration of the electrical characteristics of the device.

또한, 도1b를 참조하면, 게이트 패턴(100)의 높이 증가에 따라 게이트 패턴(100) 형성을 위한 식각시 게이트 하드마스크용 절연막(16)이 경사를 갖게 된다. 이러한 게이트 하드마스크용 절연막(16)의 경사는 게이트 전극용 금속막(15) 및 게이트 전극용 폴리실리콘막(14)의 식각에 영향을 주게 되고, 그에 따라 게이트 스페이서(17)를 형성한 후 가장 하부의 게이트 전극용 폴리실리콘막(14) 일부가 노출되는 현상이 발생한다("A" 참조). 이는, 후속 공정으로 형성되는 랜딩 플러그 콘택(landing plug contact)과 게이트 전극용 폴리실리콘막(14)이 단락(short)되는 원인이 된다.In addition, referring to FIG. 1B, as the height of the gate pattern 100 increases, the gate hard mask insulating layer 16 may be inclined during etching to form the gate pattern 100. The inclination of the gate hard mask insulating film 16 affects the etching of the gate electrode metal film 15 and the gate electrode polysilicon film 14. A part of the polysilicon film 14 for the lower gate electrode is exposed (see "A"). This causes a shorting of the landing plug contact and the polysilicon film 14 for the gate electrode formed in a subsequent process.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리세스 형성에 사용되는 하드마스크 패턴을 이용하여 게이트 패턴의 가장 하부막을 우선 패터닝하여 하부 게이트 전극을 형성하고 연속하여 이 하부 게이트 전극 양측의 반도체 기판 내에 소스/드레인 영역을 형성한 후, 게이트 패턴의 상부막 형성 및 패터닝 등의 후속 공정을 수행함으로써, 리세스와 게이트 간 오정렬로 발생하는 문제 및 랜딩 플러그 콘택과 게이트가 단락되는 문제를 해결하여 소자의 전기적 특성 및 공정 수율을 향상시킬 수 있는 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, by using a hard mask pattern used for forming a recess to first pattern the bottom layer of the gate pattern to form a bottom gate electrode, and subsequently to the bottom gate electrode. After the source / drain regions are formed in the semiconductor substrates on both sides, a subsequent process such as forming and patterning the upper layer of the gate pattern is performed to solve the problem of misalignment between the recess and the gate, and the problem of landing plug contact and gate shorting. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate capable of improving the electrical characteristics and process yield of the device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체 기판상에 리세스를 위한 개구부를 갖는 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 식각 베리어로 상기 반도체 기판을 식각하여 리세스를 형성하는 단계; 상기 리세스 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴 표면으로부터 소정 정도 하향된 지점까지 상기 리세스 및 상기 개구부 일부를 매립하는 제1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 전극 상에 상기 개구부 나머지를 매립하는 제1 절연막 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 제1 절연막 패턴을 마스크로 불순물 주입 공정을 수행하여 상기 반도체 기판내에 소스/드레인 영역을 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 having an opening for a recess on a semiconductor substrate; Forming a recess by etching the semiconductor substrate using the hard mask pattern as an etch barrier; Forming a gate insulating film on the recess surface; Forming a first gate electrode filling a portion of the recess and the opening to a point downwardly downward from a surface of the hard mask pattern; Forming a first insulating layer pattern filling the remainder of the opening on the first gate electrode; Removing the hard mask pattern; And forming a source / drain region in the semiconductor substrate by performing an impurity implantation process using the first insulating layer pattern as a mask.

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.

도2a 내지 도2j는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A to 2J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to an embodiment of the present invention.

도2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(20)에 소자 분리막(21)을 형성하여 반도체 기판(20)의 활성 영역을 형성한다.As shown in FIG. 2A, the device isolation layer 21 is formed on the semiconductor substrate 20 to form an active region of the semiconductor substrate 20.

이어서, 반도체 기판(20) 상에 리세스 예정 영역을 노출시키는 개구부(22)를 갖는 하드마스크 패턴(24)을 형성한다. 이때, 하드마스크 패턴(24)은 질화막으로 이루어지는 것이 바람직하며, 하드마스크 패턴(24)의 하부에는 버퍼 산화막 패턴(23)이 개재될 수 있다. Subsequently, a hard mask pattern 24 having an opening 22 exposing the region to be recessed is formed on the semiconductor substrate 20. In this case, the hard mask pattern 24 may be formed of a nitride film, and a buffer oxide film pattern 23 may be interposed below the hard mask pattern 24.

도2b에 도시된 바와 같이, 하드마스크 패턴(24)을 식각 베리어로 노출된 반도체 기판(20)을 식각하여 리세스(25)를 형성한다.As shown in FIG. 2B, the recess 25 is formed by etching the semiconductor substrate 20 in which the hard mask pattern 24 is exposed as an etching barrier.

도2c에 도시된 바와 같이, 리세스(25)의 표면에 게이트 절연막(26)을 형성한 후, 하드마스크 패턴(24)을 포함하는 결과물의 전체 구조 상부에 게이트 전극용 폴리실리콘막(27)을 형성한다. As shown in FIG. 2C, after the gate insulating film 26 is formed on the surface of the recess 25, the polysilicon film 27 for the gate electrode is formed on the entire structure of the resultant product including the hard mask pattern 24. To form.

도2d에 도시된 바와 같이, 하드마스크 패턴(24) 표면으로부터 소정 정도 하향된 지점까지 게이트 전극용 폴리실리콘막(27)에 대해 블랭킷 식각(blanket etch)을 수행하여, 리세스(25)와 개구부(22)의 일부에 게이트 전극용 폴리실리콘막(27)을 매립시킨다. 이하, 리세스(25)와 개구부(22)의 일부에 매립된 게이트 전극용 폴 리실리콘막(27)을 폴리실리콘 게이트 전극(27a)이라 한다.As shown in FIG. 2D, a blanket etch is performed on the polysilicon film 27 for the gate electrode to a point downwardly downward from the surface of the hard mask pattern 24, thereby forming the recess 25 and the opening. The polysilicon film 27 for gate electrodes is embedded in a part of (22). Hereinafter, the polysilicon film 27 for gate electrodes embedded in a part of the recess 25 and the opening 22 is referred to as a polysilicon gate electrode 27a.

이와 같이, 하드마스크 패턴(24)을 이용하여 게이트 패턴의 가장 하부를 이루는 폴리실리콘 게이트 전극(27a)을 우선 형성함으로써, 리세스(25)와 폴리실리콘 게이트 전극(27a)의 오정렬을 원천적으로 방지할 수 있다.As described above, the polysilicon gate electrode 27a that forms the bottom of the gate pattern is first formed using the hard mask pattern 24, thereby preventing misalignment of the recess 25 and the polysilicon gate electrode 27a. can do.

이어서, 하드마스크 패턴(24) 및 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 상에 후속 불순물 주입 공정시 마스크로 작용하는 제1 절연막(28)을 형성한다. 이때, 제1 절연막(28)은 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.Subsequently, a first insulating layer 28 is formed on the hard mask pattern 24 and the polysilicon gate electrode 27a to serve as a mask in a subsequent impurity implantation process. At this time, the first insulating film 28 is preferably made of an oxide film.

도2e에 도시된 바와 같이, 하드마스크 패턴(24)이 드러날 때까지 제1 절연막(28)에 대해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 또는 블랭킷 식각 공정을 수행하여, 개구부(22)의 나머지를 매립하는 제1 절연막 패턴(28a)을 형성한다. 즉, 하드마스크 패턴(24)을 이용함으로써 리세스(25)와 정렬된 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 및 제1 절연막 패턴(28a)의 적층 구조를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2E, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process or a blanket etching process is performed on the first insulating layer 28 until the hard mask pattern 24 is exposed, thereby filling the rest of the opening 22. The first insulating film pattern 28a is formed. That is, by using the hard mask pattern 24, a stacked structure of the polysilicon gate electrode 27a and the first insulating layer pattern 28a aligned with the recess 25 may be formed.

도2f에 도시된 바와 같이, 하드마스크 패턴(24) 및 버퍼 산화막 패턴(23)을 제거한다. 즉, 하드마스크 패턴(24) 하부에 버퍼 산화막 패턴(23)이 개재된 경우에, 본 도면에서와 같이 버퍼 산화막 패턴(23)을 제거할 수 있다. 그러나, 버퍼 산화막 패턴(23)이 반드시 제거되어야 하는 것은 아니며, 하드마스크 패턴(24)만을 제거하고 버퍼 산화막 패턴(23)은 잔류시키는 다른 실시예가 존재할 수도 있다.As shown in Fig. 2F, the hard mask pattern 24 and the buffer oxide film pattern 23 are removed. That is, when the buffer oxide film pattern 23 is interposed below the hard mask pattern 24, the buffer oxide film pattern 23 may be removed as shown in this drawing. However, the buffer oxide film pattern 23 is not necessarily removed, and other embodiments may exist in which only the hard mask pattern 24 is removed and the buffer oxide film pattern 23 is left.

이어서, 제1 절연막 패턴(28a)을 마스크로 불순물 주입 공정을 수행하여 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 양측의 반도체 기판(20) 활성 영역 내에 소스/드레인 영역(29)을 형성한다.Subsequently, an impurity implantation process is performed using the first insulating layer pattern 28a as a mask to form the source / drain regions 29 in the active regions of the semiconductor substrate 20 on both sides of the polysilicon gate electrode 27a.

이와 같이, 리세스(25)와 정렬된 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 및 제1 절연막 패턴(28a)을 이용하여 불순물을 주입함으로써, 소스/드레인 영역(29)을 대칭적으로 형성할 수 있다.As such, the source / drain region 29 may be symmetrically formed by implanting impurities using the polysilicon gate electrode 27a and the first insulating layer pattern 28a aligned with the recess 25.

이어서, 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 및 제1 절연막 패턴(28a)을 포함하는 결과물의 전체 구조 상부에 제2 절연막(30)을 형성한다. 이때, 제2 절연막(30)은 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다. Subsequently, a second insulating film 30 is formed on the entire structure of the resultant product including the polysilicon gate electrode 27a and the first insulating film pattern 28a. At this time, the second insulating film 30 is preferably made of an oxide film.

도2g에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘 게이트 전극(27a)이 드러날 때까지 제1 절연막 패턴(28a) 및 제2 절연막(30)에 대해 평탄화 공정(예를 들어, CMP)을 수행하여, 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 양측의 반도체 기판(20) 상에 폴리실리콘 게이트 전극(27a)과 평탄화된 표면을 갖는 제2 절연막 패턴(30a)을 형성한다.As shown in FIG. 2G, a planarization process (for example, CMP) is performed on the first insulating film pattern 28a and the second insulating film 30 until the polysilicon gate electrode 27a is exposed to form polysilicon. A second insulating layer pattern 30a having a planarized surface with the polysilicon gate electrode 27a is formed on the semiconductor substrate 20 on both sides of the gate electrode 27a.

도2h에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘 게이트 전극(27a) 및 제2 절연막 패턴(30a) 상에 게이트 전극용 금속막(31) 및 게이트 하드마스크용 절연막(32)을 순차적으로 형성한다.As shown in FIG. 2H, the gate electrode metal film 31 and the gate hard mask insulating film 32 are sequentially formed on the polysilicon gate electrode 27a and the second insulating film pattern 30a.

도2i에 도시된 바와 같이, 게이트 마스크(미도시됨)를 이용하여 게이트 하드마스크용 절연막(32) 및 게이트 전극용 금속막(31)을 식각함으로써 금속 게이트 전극(31a) 및 게이트 하드마스크(32a)의 적층 구조를 형성한다.As shown in FIG. 2I, the gate hard mask insulating film 32 and the gate electrode metal film 31 are etched using a gate mask (not shown) to etch the metal gate electrode 31a and the gate hard mask 32a. ) To form a laminated structure.

본 도면의 공정 결과, 폴리실리콘 게이트 전극(27a), 금속 게이트 전극(31a) 및 게이트 하드마스크(32a)가 순차적으로 적층된 게이트 패턴(200)이 형성된다. 이때, 게이트 패턴(200) 형성을 위한 식각시 게이트 하드마스크(32a) 및/또는 금속 게이트 전극(31a)에 경사가 생기더라도, 기형성된 폴리실리콘 게이트 전극(27a)에 영향을 주지 못한다. 따라서, 후속 랜딩 플러그 콘택과 폴리실리콘 게이트 전극(27a)이 단락되는 현상을 방지할 수 있다.As a result of the process of this figure, the gate pattern 200 in which the polysilicon gate electrode 27a, the metal gate electrode 31a, and the gate hard mask 32a are sequentially stacked is formed. At this time, even when the gate hard mask 32a and / or the metal gate electrode 31a are inclined during etching for forming the gate pattern 200, the preformed polysilicon gate electrode 27a is not affected. Therefore, it is possible to prevent the following shorting of the landing plug contact and the polysilicon gate electrode 27a.

도2j에 도시된 바와 같이, 게이트 패턴(200)이 형성된 결과물의 전면에 게이트 스페이서용 절연막을 형성한 후, 제2 게이트 패턴(30a)이 드러날 때까지 블랭킷 식각을 수행하여 금속 게이트 전극(31a) 및 게이트 하드마스크(32a)의 양 측벽에 게이트 스페이서(33)를 형성한다. 이때, 게이트 스페이서(33)는 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다.As illustrated in FIG. 2J, an insulating film for the gate spacer is formed on the entire surface of the resultant in which the gate pattern 200 is formed, and then a blanket etching is performed until the second gate pattern 30a is exposed, thereby performing the metal gate electrode 31a. And gate spacers 33 on both sidewalls of the gate hard mask 32a. At this time, the gate spacer 33 is preferably made of an oxide film.

이어서, 본 도면에는 도시되지 않았으나, 후속 공정으로 게이트 패턴(200) 및 게이트 스페이서(33)에 의해 노출된 부분의 제2 절연막 패턴(30a)을 제거할 수 있다. 그 결과, 폴리실리콘 게이트 전극(27a)의 양측벽에 잔류하는 제2 절연막 패턴(30a)이 게이트 스페이서(33)와 같은 역할을 하게 된다.Subsequently, although not shown in the drawing, the second insulating layer pattern 30a of the portion exposed by the gate pattern 200 and the gate spacer 33 may be removed in a subsequent process. As a result, the second insulating film pattern 30a remaining on both sidewalls of the polysilicon gate electrode 27a serves as the gate spacer 33.

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 형성에 사용되는 하드마스크 패턴을 이용하여 게이트 패턴의 가장 하부막을 우선 패터닝하여 하부 게이트 전극을 형성하고 연속하여 이 하부 게이트 전극 양측 의 반도체 기판 내에 소스/드레인 영역을 형성한 후, 게이트 패턴의 상부막 형성 및 패터닝 등의 후속 공정을 수행함으로써, 리세스와 게이트 간 오정렬로 발생하는 문제 및 랜딩 플러그 콘택과 게이트가 단락되는 문제를 해결하여 소자의 전기적 특성 및 공정 수율을 향상시킬 수 있다.In the above-described method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to the present invention, a bottom gate electrode is first patterned using a hard mask pattern used to form a recess to form a bottom gate electrode, and the bottom gate is successively formed. After the source / drain regions are formed in the semiconductor substrates on both sides of the electrode, subsequent processes such as formation and patterning of the upper layer of the gate pattern are performed, resulting in misalignment between the recesses and the gates, and shortening of landing plug contacts and gates. By solving the problem can improve the electrical characteristics and process yield of the device.

Claims (15)

반도체 기판상에 리세스를 위한 개구부를 갖는 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a hardmask pattern having openings for recesses on the semiconductor substrate; 상기 하드마스크 패턴을 식각 베리어로 상기 반도체 기판을 식각하여 리세스를 형성하는 단계;Forming a recess by etching the semiconductor substrate using the hard mask pattern as an etch barrier; 상기 리세스 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a gate insulating film on the recess surface; 상기 하드마스크 패턴 표면으로부터 소정 정도 하향된 지점까지 상기 리세스 및 상기 개구부 일부를 매립하는 제1 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a first gate electrode filling a portion of the recess and the opening to a point downwardly downward from a surface of the hard mask pattern; 상기 제1 게이트 전극 상에 상기 개구부 나머지를 매립하는 제1 절연막 패턴을 형성하는 단계; Forming a first insulating layer pattern filling the remainder of the opening on the first gate electrode; 상기 하드마스크 패턴을 제거하는 단계; 및Removing the hard mask pattern; And 상기 제1 절연막 패턴을 마스크로 불순물 주입 공정을 수행하여 상기 반도체 기판내에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계Forming a source / drain region in the semiconductor substrate by performing an impurity implantation process using the first insulating layer pattern as a mask; 를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스/드레인 영역 형성 단계 후에,After the source / drain region forming step, 상기 제1 절연막 패턴을 제거하면서, 상기 제1 게이트 전극 양측의 상기 반 도체 기판상에 상기 제1 게이트 전극과 평탄화된 표면을 갖는 제2 절연막 패턴을 형성하는 단계;Forming a second insulating film pattern having a surface planarized with the first gate electrode on the semiconductor substrate on both sides of the first gate electrode while removing the first insulating film pattern; 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 절연막 패턴 상에 제2 게이트 전극용 도전막 및 게이트 하드마스크용 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 및Sequentially forming an insulating film for a second gate electrode and an insulating film for a gate hard mask on the first gate electrode and the second insulating film pattern; And 상기 게이트 하드마스크용 절연막 및 상기 제2 게이트 전극용 도전막을 선택적으로 식각하여 제2 게이트 전극 및 게이트 하드마스크의 적층 구조를 형성하는 단계Selectively etching the gate hard mask insulating layer and the second gate electrode conductive layer to form a stacked structure of a second gate electrode and a gate hard mask 를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device further comprising. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 게이트 전극 및 상기 게이트 하드마스크의 적층 구조 형성 단계 후에,After the step of forming a stacked structure of the second gate electrode and the gate hard mask, 결과물의 전면에 게이트 스페이서용 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an insulating film for a gate spacer on the entire surface of the resultant product; And 상기 제2 절연막 패턴이 드러날 때까지 블랭킷 식각을 수행하여 상기 제2 게이트 전극 및 상기 게이트 하드마스크의 양측벽에 게이트 스페이서를 형성하는 단계Forming a gate spacer on both sidewalls of the second gate electrode and the gate hard mask by performing a blanket etching process until the second insulating layer pattern is exposed; 를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device further comprising. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 하드마스크 패턴은 질화막으로 이루어지는The hard mask pattern is made of a nitride film 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 하드마스크 패턴 하부에는 버퍼 산화막 패턴이 개재되는A buffer oxide layer pattern is interposed below the hard mask pattern. 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1 게이트 전극은 폴리실리콘막으로 이루어지는The first gate electrode is made of a polysilicon film 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1 게이트 전극 형성 단계는,The first gate electrode forming step, 상기 하드마스크 패턴을 포함하는 결과물의 전체 구조 상부에 제1 게이트 전극용 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a conductive film for the first gate electrode on the entire structure of the resultant including the hard mask pattern; And 상기 하드마스크 패턴 표면으로부터 소정 정도 하향된 지점까지 상기 제1 게이트 전극용 도전막을 블랭킷 식각하는 단계를 포함하는Blanket etching the conductive film for the first gate electrode to a point downwardly downward from a surface of the hard mask pattern; 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1 절연막 패턴은 산화막으로 이루어지는The first insulating film pattern is made of an oxide film 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1 절연막 패턴 형성 단계는,The first insulating film pattern forming step, 상기 하드마스크 패턴 및 상기 제1 게이트 전극 상에 제1 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a first insulating layer on the hard mask pattern and the first gate electrode; And 상기 하드마스크 패턴이 드러날 때까지 상기 제1 절연막에 대해 CMP 공정 또는 블랭킷 식각을 수행하는 단계를 포함하는Performing a CMP process or a blanket etching on the first insulating layer until the hard mask pattern is revealed. 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 하드마스크 패턴 제거 단계는,The hard mask pattern removing step, 상기 버퍼 산화막 패턴의 제거를 포함하는Removing the buffer oxide pattern 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 하드마스크 패턴 제거 단계는,The hard mask pattern removing step, 상기 하드마스크 패턴을 제거하면서 상기 버퍼 산화막 패턴은 잔류시키는The buffer oxide layer pattern is left while the hard mask pattern is removed. 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 절연막 패턴은 산화막으로 이루어지는The second insulating film pattern is made of an oxide film 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제2항 또는 제12항에 있어서,The method according to claim 2 or 12, wherein 상기 제2 절연막 패턴 형성 단계는,The second insulating film pattern forming step, 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제1 절연막 패턴을 포함하는 결과물의 전체 구조 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a second insulating film on an entire structure of a resultant product including the first gate electrode and the first insulating film pattern; And 상기 제1 게이트 전극이 드러날 때까지 평탄화 공정을 수행하는 단계를 포함 하는 Performing a planarization process until the first gate electrode is exposed. 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 게이트 전극용 도전막은 금속막인The conductive film for the second gate electrode is a metal film 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 게이트 스페이서용 절연막은 산화막인The insulating film for the gate spacer is an oxide film 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device.
KR1020070058244A 2007-06-14 2007-06-14 Method for manufacturing semiconductor device with recess gate KR100880838B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070058244A KR100880838B1 (en) 2007-06-14 2007-06-14 Method for manufacturing semiconductor device with recess gate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070058244A KR100880838B1 (en) 2007-06-14 2007-06-14 Method for manufacturing semiconductor device with recess gate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080110010A KR20080110010A (en) 2008-12-18
KR100880838B1 true KR100880838B1 (en) 2009-02-02

Family

ID=40368981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070058244A KR100880838B1 (en) 2007-06-14 2007-06-14 Method for manufacturing semiconductor device with recess gate

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100880838B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060080718A (en) * 2005-01-06 2006-07-11 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming semiconductor device
KR20070002700A (en) * 2005-06-30 2007-01-05 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming transistor of semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060080718A (en) * 2005-01-06 2006-07-11 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming semiconductor device
KR20070002700A (en) * 2005-06-30 2007-01-05 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming transistor of semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080110010A (en) 2008-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100673105B1 (en) Vertical transistor of semiconductor device and method for forming the same
US7399679B2 (en) Narrow width effect improvement with photoresist plug process and STI corner ion implantation
KR101057651B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US7071515B2 (en) Narrow width effect improvement with photoresist plug process and STI corner ion implantation
KR100896631B1 (en) Manufacturing method of vertical cylinder type transistor and vertical cylinder type transistor manufactured by the same
CN112825327B (en) Semiconductor structure and forming method thereof
US7883971B2 (en) Gate structure in a trench region of a semiconductor device and method for manufacturing the same
KR100702302B1 (en) Method for fabricating semiconductor device
US7851855B2 (en) Semiconductor device and a method for manufacturing the same
US20230215914A1 (en) Semiconductor high-voltage device and manufacturing method thereof
KR100880838B1 (en) Method for manufacturing semiconductor device with recess gate
KR20060080718A (en) Method for forming semiconductor device
US20240243180A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
KR100951568B1 (en) Transistor in semiconductor device and method for forming the same
KR101052871B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20100079968A (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
KR20100026177A (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR19990086528A (en) Structure and Manufacturing Method of Semiconductor Device
US20090298271A1 (en) Method for manufacturing a semiconductor device
KR100732305B1 (en) DRAM cell and Method for fabricating the same
KR20050047659A (en) Method for manufacturing semiconductor device having recess channel mos transistor
KR100585172B1 (en) Transistor having gate dielectric layer of partial thickness difference and manufacturing method therefor
KR100569708B1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR100606952B1 (en) Method for Forming Transistor Of Semi-conductor Device
CN115692496A (en) Semiconductor structure and forming method thereof

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
LAPS Lapse due to unpaid annual fee