KR101213727B1 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 매립형 핀 게이트에서 소자분리막에 형성된 게이트의 깊이와 활성영역에 형성된 게이트의 깊이를 동일하게 하여 셀 누설 전류의 발생을 억제하여 셀 특성을 향상시키고자 한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판에 활성영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계와, 활성영역을 식각하여 제 1 리세스를 형성하는 단계와, 소자분리막을 식각하여 상기 제 1 리세스와 동일한 깊이의 제 2 리세스를 형성하는 단계와, 제 1 리세스와 연결된 부분의 상기 제 2 리세스를 더 식각하여 제 3 리세스를 형성하는 단계와, 제 1 리세스, 제 2 리세스 및 제 3 리세스에 도전물질을 매립하여 매립형 핀 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and to improve cell characteristics by suppressing generation of cell leakage current by making the depth of the gate formed in the device isolation layer and the gate formed in the active region the same in the buried fin gate. .
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes forming a device isolation layer defining an active region on a semiconductor substrate, forming a first recess by etching an active region, and etching the device isolation layer to etch the first recess. Forming a second recess of the same depth as the source, further etching the second recess of the portion connected with the first recess to form a third recess, the first recess, the second recess and And embedding a conductive material in the third recess to form a buried fin gate.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 매립형 핀 게이트를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a buried fin gate.
일반적으로, 반도체는 전기전도도에 따른 물질의 분류 가운데 하나로 도체와 부도체의 중간영역에 속하는 물질로서, 순수한 상태에서는 부도체와 비슷하지만 불순물의 첨가나 기타 조작에 의해 전기전도도가 늘어나는 성질을 가진다. 이러한 반도체는 불순물을 첨가하고 도체를 연결하여 트랜지스터 등의 반도체 소자를 생성하는 데 사용되며, 반도체 소자를 사용하여 만들어진 여러 가지 기능을 가지는 장치를 반도체 장치라 한다. 이러한 반도체 장치의 대표적인 예로는 반도체 기억 장치를 들 수 있다.In general, a semiconductor is one of a class of materials according to electrical conductivity, and is a material belonging to an intermediate region between conductors and non-conductors. In a pure state, a semiconductor is similar to non-conductor, but the electrical conductivity is increased by the addition of impurities or other operations. Such a semiconductor is used to create a semiconductor device such as a transistor by adding impurities and connecting conductors. A device having various functions made using the semiconductor device is called a semiconductor device. A representative example of such a semiconductor device is a semiconductor memory device.
반도체 기억 장치는 캐패시터 및 트랜지스터로 구성된 단위셀을 다수 포함하고 있으며, 이중 캐패시터는 데이터를 임시 저장하기 위해 사용되고 트랜지스터는 환경에 따라 전기전도도가 변화하는 반도체의 성질을 이용하여 제어 신호(워드 라인)에 대응하여 비트 라인과 캐패시터간 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source), 및 드레인(drain)의 세 영역으로 구성되어 있으며, 게이트로 입력되는 제어 신호에 따라 소스와 드레인 간 전하의 이동이 일어난다. 소스와 드레인 간 전하의 이동은 채널(channel) 영역을 통해 이루어지는데 바로 이 채널이 반도체의 성질을 이용한 것이다.A semiconductor memory device includes a plurality of unit cells each composed of a capacitor and a transistor. The capacitor is used for temporarily storing data, and the transistor is connected to a control signal (word line) using the property of a semiconductor whose electric conductivity changes according to the environment. And is used to transfer data between the bit line and the capacitor correspondingly. A transistor is composed of three regions: a gate, a source, and a drain. Charge occurs between a source and a drain in accordance with a control signal input to the gate. The transfer of charge between the source and drain occurs through the channel region, which uses the nature of the semiconductor.
통상적인 트랜지스터를 반도체 기판에 만드는 경우 반도체 기판에 게이트를 형성하고 게이트의 양 옆에 불순물을 도핑하여 소스와 드레인을 형성해왔다. 반도체 기억 장치의 데이터 저장용량이 증가하고 집적도는 높아지면서 각각의 단위셀의 크기는 점점 작게 제조되도록 요구되고 있다. 즉, 단위셀에 포함된 캐패시터와 트랜지스터의 디자인 규칙(Design Rule)이 감소하였고, 이에 따라 셀 트랜지스터의 채널 길이도 점점 줄어들면서 통상적인 트랜지스터에 단채널 효과 및 DIBL(Drain Induced Barrier Lower) 효과 등이 발생하여 동작의 신뢰성이 저하되었다. 채널의 길이가 감소하면서 발생한 현상들은 셀 트랜지스터가 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 문턱 전압을 유지할 경우 극복이 가능하다. 통상적으로, 트랜지스터의 채널이 짧아질수록 채널이 형성되는 영역에 불순물의 도핑 농도를 증가시켜왔다.When conventional transistors are made in a semiconductor substrate, a gate is formed on the semiconductor substrate and doped with impurities on both sides of the gate to form a source and a drain. As the data storage capacity of the semiconductor memory device increases and the degree of integration increases, the size of each unit cell is required to be made smaller and smaller. That is, the design rules of the capacitors and transistors included in the unit cell have been reduced. As a result, the channel length of the cell transistors has gradually decreased, and thus, short channel effects and drain induced barrier lower (DIBL) effects have been applied to conventional transistors. Occurred, and the reliability of the operation was deteriorated. Phenomena that occur as the channel length decreases can be overcome by maintaining the threshold voltage so that the cell transistor can perform normal operation. Typically, the shorter the channel of the transistor, the higher the doping concentration of impurities in the region where the channel is formed.
하지만, 디자인 규칙이 100nm 이하로 감소하면서 그만큼 채널 영역에 도핑 농도를 더 증가하는 것은 SN접합(Storage Node(SN) junction)에서의 전계를 증가시켜 반도체 기억 장치의 리프레쉬 특성을 저하하는 또 다른 문제를 야기한다. 이를 극복하기 위해 디자인 규칙이 감소하더라도 셀 트랜지스터의 채널 길이를 유지할 수 있도록 채널이 수직 방향으로 길게 확보된 3차원 채널 구조를 가진 셀 트랜지스터를 사용한다. 즉, 수평 방향의 채널 폭이 짧더라도 수직 방향으로 채널 길이를 확보한 만큼 도핑 농도를 감소시킬 수 있어 리프레쉬 특성이 나빠지는 것을 막는다. 이하에서는 3차원 채널 구조를 가진 게이트 공정이 도입되었다.However, as the design rule decreases below 100 nm, increasing the doping concentration in the channel region further increases the electric field at the storage node (SN) junction, which deteriorates the refresh characteristics of the semiconductor memory device. Cause. To overcome this problem, a cell transistor having a three-dimensional channel structure having a long channel length in the vertical direction is used to maintain the channel length of the cell transistor even if the design rule is reduced. That is, even if the channel width in the horizontal direction is short, the doping concentration can be reduced by securing the channel length in the vertical direction, thereby preventing the refresh characteristics from deteriorating. Hereinafter, a gate process having a three-dimensional channel structure is introduced.
3차원 채널 구조를 갖는 게이트 공정으로는, 게이트가 형성될 부위의 액티브 영역을 리세스시키고 그 상부에 게이트를 형성하는 리세스 게이트 (recess gate) 공정, 소자분리막을 리세스시키어 액티브 영역을 핀(fin) 형태로 돌출키고 그 위에 게이트를 형성하는 핀 게이트(fin gate) 공정, 리세스 게이트 공정과 핀 게이트 공정을 혼합한 새들 게이트(saddle gate), 매립 게이트(Buried Gate)공정과 핀 게이트 공정을 혼합한 매립형 핀 게이트 공정등이 사용되고 있다. A gate process having a three-dimensional channel structure includes a recess gate process for recessing an active region of a region where a gate is to be formed and forming a gate thereon, and recessing an isolation layer to fin an active region. A fin gate process that protrudes in a fin form and forms a gate thereon, a saddle gate, a buried gate process, and a fin gate process, in which a recess gate process and a fin gate process are mixed Mixed buried fin gate processes are used.
이중 매립형 핀 게이트에 금속 게이트를 사용하는 경우 실리콘과 금속물질의 일함수(Workfunction) 차이로 인해 트랩 사이트(Trap Site) 발생에 취약하게 된다. 또한, 매립형 핀 게이트의 전위가 Vpp로 높을 때 매립형 핀 게이트와 웰(Well) 사이의 전기장에 의해 밴드 벤딩(Band Bending) 현상이 발생한다. 이로 인해 트랩 사이트에 전자가 트랩될 확률이 증가하여 결국 트랩 사이트에 전자가 트랩된다. The use of metal gates in double buried fin gates makes them vulnerable to trap sites due to differences in the work functions of silicon and metal. In addition, when the potential of the buried fin gate is high as Vpp, band bending occurs due to an electric field between the buried fin gate and the well. This increases the probability that electrons are trapped at the trap site, which eventually traps the electron at the trap site.
그리고, 매립형 핀 게이트의 전위가 Vbbw로 낮게 돌아가면 밴드 벤딩 현상이 완화되며, 트랩 사이트에 전자가 존재할 확률도 감소하게 된다. 이로 인해 트랩되었던 전자는 트랩 사이트에서 방출되어 실리콘인 반도체 기판으로 빠져나가게 된다.When the potential of the buried fin gate is lowered to Vbbw, the band bending phenomenon is alleviated, and the probability of the presence of electrons in the trap site is also reduced. This causes the trapped electrons to be released at the trap site and out to the silicon substrate.
이와 같이 특정 워드 라인이 주기적으로 활성화와 프리차지(Pre-Charge)를 반복할 때 금속 게이트의 셀 누설전류가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 셀 누설전류가 발생함에 따라 셀의 특성이 저하된다.As such, there is a problem in that a cell leakage current of the metal gate occurs when a specific word line is periodically activated and precharged. In addition, as the cell leakage current occurs, the characteristics of the cell are degraded.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 매립형 핀 게이트에서 소자분리막에 형성된 게이트의 깊이와 활성영역에 형성된 게이트의 깊이를 동일하게 하여 셀 누설 전류의 발생을 억제하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems, and to suppress the occurrence of cell leakage current by making the depth of the gate formed in the device isolation layer and the depth of the gate formed in the active region the same in the buried fin gate.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판에 활성영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 단계와, 활성영역을 식각하여 제 1 리세스를 형성하는 단계와, 소자분리막을 식각하여 상기 제 1 리세스와 동일한 깊이의 제 2 리세스를 형성하는 단계와, 제 1 리세스와 연결된 부분의 상기 제 2 리세스를 더 식각하여 제 3 리세스를 형성하는 단계와, 제 1 리세스, 제 2 리세스 및 제 3 리세스에 도전물질을 매립하여 매립형 핀 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes forming a device isolation film defining an active region on a semiconductor substrate, forming a first recess by etching an active region, and etching the device isolation film to etch the first recess. Forming a second recess of the same depth as the source, further etching the second recess of the portion connected with the first recess to form a third recess, the first recess, the second recess and And embedding a conductive material in the third recess to form a buried fin gate.
그리고, 제 1 리세스를 형성하는 단계는 반도체 기판 상부에 게이트 예정영역을 정의하는 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 활성영역을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The forming of the first recess may include forming a first mask pattern defining a gate predetermined region on the semiconductor substrate, and etching the active region using the first mask pattern as an etch mask. It features.
또한, 제 2 리세스를 형성하는 단계는 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 소자분리막을 식각하는 단계와, 제 1 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the second recess may include etching the device isolation layer using the first mask pattern as an etch mask, and removing the first mask pattern.
나아가, 제 3 리세스를 형성하는 단계는 제 1 리세스와 제 2 리세스의 경계면의 제 2 리세스를 더 식각하는 단계를 포함한다.Further, forming the third recess includes further etching the second recess at the interface of the first recess and the second recess.
또한, 제 3 리세스를 형성하는 단계는 제 1 리세스 및 제 1 리세스들 사이의 활성영역을 노출시키고, 제 1 리세스와 연결된 제 2 리세스 일부 및 제 1 리세스들 사이의 활성영역과 인접한 소자분리막 일부를 노출시키는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 제 2 마스크 패턴에 의해 노출된 제 2 리세스 저부를 더 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 제 2 리세스를 저부를 더 식각하는 단계 이후, 제 2 마스크 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the third recess may further include exposing an active region between the first recess and the first recesses, and a portion of the second recess connected to the first recess and an active region between the first recesses. Forming a second mask pattern exposing a portion of the adjacent device isolation layer, and further etching the bottom of the second recess exposed by the second mask pattern. After etching, the method may further include removing the second mask pattern.
나아가, 게이트를 형성하는 단계 이전에, 제 1 리세스, 제 2 리세스 및 제 3 리세스 표면에 배리어 메탈층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 배리어 메탈층은 티타늄 질화막을 포함하는 것을 특징으로 한다.Furthermore, before forming the gate, the method may further include forming a barrier metal layer on the first recess, the second recess, and the third recess, wherein the barrier metal layer includes a titanium nitride film. do.
또한, 도전물질은 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the conductive material is characterized in that it comprises tungsten.
본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 매립형 핀 게이트에서 소자분리막에 형성된 게이트의 깊이와 활성영역에 형성된 게이트의 깊이를 동일하게 하여 셀 누설전류를 방지한다. 이로인해, 셀 특성이 향상되어 제품의 품질과 수율을 향상시키는 효과를 제공한다.The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention prevents cell leakage current by making the depth of the gate formed in the device isolation layer and the depth of the gate formed in the active region the same in the buried fin gate. This improves cell properties, providing the effect of improving product quality and yield.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 평면도 및 단면도들이다.1 to 8 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
본 발명에서는 활성영역의 리세스 깊이와 소자분리영역의 리세스 깊이를 동일하게 형성된 형태의 매립형 핀 게이트(Burried Fin Gate)를 형성하고자 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.In the present invention, to form a buried fin gate having the same recess depth of the active region and the recess depth of the device isolation region. Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 8는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 평면도 및 단면도들이다. 여기서, 도 1a, 7a 및 8a는 평면도를 도시한 것이고, 도 1b, 도 7b 및 8b는 각각 도 2a, 7a 및 8a의 X1 - X1'의 절단면에 따른 단면도이며, 도 7c 및 8c는 각각 도 7a 및 8a의 X2 - X2'의 절단면에 따른 단면도이다. 또한, 도 7d 및 8d는 각각 도 7a 및 8a의 X3 - X3'의 절단면에 따른 단면도이고, 도 7e 및 8e는 각각 도 7a 및 8a의 Y - Y'의 절단면에 따른 단면도이다. 1 to 8 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. 1A, 7A and 8A show a top view, FIGS. 1B, 7B and 8B are cross-sectional views taken along the cutting plane of X1-X1 'of FIGS. 2A, 7A and 8A, respectively, and FIGS. 7C and 8C respectively And sectional drawing along the cutting plane of X2-X2 'of 8a. 7D and 8D are sectional views taken along the cutting plane of X3-X3 'of FIGS. 7A and 8A, respectively, and FIGS. 7E and 8E are sectional views taken along the cutting plane of Y-Y' of Figs. 7A and 8A, respectively.
먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하면 반도체 기판(200) 상부에 패드 산화막(미도시) 및 패드 질화막(213)을 형성하고, 패드 질화막 상부에 감광막(미도시)을 형성한다. 패드 산화막(미도시)은 패드 질화막 자체의 스트레스가 반도체 기판(200)에 전달되는 것을 억제하기 위해 형성한다. 그리고, 감광막(미도시)에 대해 노광 및 현상 공정을 진행하여 활성영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이어서, 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 패드 질화막, 패드 산화막(미도시) 및 반도체 기판(200)을 식각하여 소자분리용 트렌치, 패드 질화막 패턴(213) 및 패드 산화막 패턴(미도시)을 형성한다.First, referring to FIGS. 1A and 1B, a pad oxide film (not shown) and a
이어서, 산화 공정을 통해 소자분리용 트렌치 내벽에 측벽 산화막(203)을 형성한다. 측벽 산화막(203)은 트렌치 형성 이후 노출된 반도체 기판(200) 표면의 격자 결함을 완화시키기 위해 형성한다.Subsequently, a
이후, 측벽 산화막(203)이 형성된 소자분리용 트렌치를 포함하는 반도체 기판(200) 전체 상부에 소자분리용 절연물질을 형성한다. 소자분리용 절연물질은 산화막으로 형성한다. 예컨대, 고밀도 플라즈마(HDP : High Density Plasma)를 사용할 수 있다. 이어서, 패드 질화막 패턴(213)이 노출될때까지 기계적 화학적 연마(Chemical Mechanical Polishing:CMP) 공정을 진행하여 활성영역(210)을 정의하는 소자분리막(205)을 형성한다. 이때, 도 2a에 도시된 바와 같이 활성영역(210)은 바 형태로 형성되며, 활성영역(210)의 장축 방향 및 단축 방향을 따라 다수 구비된다. 또한, 활성영역(210)의 단축 방향을 따라 인접한 활성영역(210)들은 서로 어긋나게 배열된다. Thereafter, an insulating material for device isolation is formed on the
다음으로, 패드 질화막 패턴(213)을 포함하는 반도체 기판(200) 상부에 제 1 하드마스크층(215) 및 제 2 하드마스크층(217)을 형성한다. 제 1 하드마스크층(215)은 실리콘 산화질화막을 포함하며, 제 2 하드마스크층(217)은 비정질 탄소(Amorpous Carbon)을 포함한다. 그리고, 제 2 하드마스크층(217) 상부에 게이트예정 영역을 정의하는 제 1 마스크 패턴(220)을 형성한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 마스크 패턴(220)은 라인 형태로 형성되며, 하나의 활성 영역(210) 상에 두 개의 게이트 예정 영역이 노출되도록 형성하는 것이 바람직하다. Next, a first
그 다음, 도 2을 참조하면 제 1 마스크 패턴(220)을 식각 마스크로 제 2 하드마스크층(217) 및 제 1 하드마스크층(215)을 식각하여 제 1 하드마스크층 패턴(215a) 및 제 2 하드마스크층 패턴(217a)을 형성한다. 이때, 제 1 하드마스크층 패턴(215a) 및 제 2 하드마스크층 패턴(217a)에 의해 소자분리막(205) 및 활성영역(210) 상부에 형성된 패드 질화막 패턴(213)이 노출된다. Next, referring to FIG. 2, the second
이어서, 도 3를 참조하면 제 1 마스크 패턴(220), 제 1 하드마스크층 패턴(215a) 및 제 2 하드마스크층 패턴(217a)을 식각 마스크로 패드 질화막 패턴(213)을 식각하여 활성영역(210)을 노출시킨다. 이때, 패드 질화막 패턴(213)이 식각되는 동안 소자분리막(205)도 일부 식각될 수 있다. 3, the pad
그 다음, 도 4를 참조하면 제 1 마스크 패턴(220), 제 1 하드마스크층 패턴(215a) 및 제 2 하드마스크층 패턴(217a)을 식각 마스크로 활성영역(210)을 식각하여 'D1'의 깊이를 같는 제 1 리세스(225a)를 형성한다. 이때, 제 1 리세스(225a)의 형성은 실리콘만 식각되는 식각용액을 사용하여 소자분리막(205)인 산화막은 식각되지 않고, 실리콘인 활성영역(210)만 식각되도록 한다.Next, referring to FIG. 4, the
다음으로, 도 5을 참조하면 제 1 마스크 패턴(220), 제 1 하드마스크층 패턴(215a) 및 제 2 하드마스크층 패턴(217a)을 식각 마스크로 소자분리막(205)을 식각하여 제 2 리세스(225b)를 형성한다. 이때, 제 2 리세스(225b)는 제 1 리세스(225a)의 깊이(D1)와 동일한 깊이(D2)가 되도록 식각 타겟을 조절하여 형성하는 것이 바람직하다. 여기서는, 도 5와 반대로 산화막만 식각되는 식각용액을 사용하여 소자분리막(205)인 산화막은 식각되고, 실리콘인 활성영역(210)은 식각되지 않도록 한다. 여기서, 도 4 및 도 5과 같이 활성영역(210)과 소자분리막(205)을 각각 식각하는 방법에 한정하지 않으며, 활성영역(210)과 소자분리막(205)의 식각 속도를 조절하여 동시에 식각할 수 도 있다. 이렇게, 활성영역(210)과 소자분리막(205)을 동시에 식각할 경우에는 식각 속도를 조절하여 식각 타겟을 동일하게 진행하는 것이 바람직하다.Next, referring to FIG. 5, the
그 다음, 도 6을 참조하면 제 1 마스크 패턴(220), 제 1 하드마스크층 패턴(215a) 및 제 2 하드마스크층 패턴(217a)을 제거한다. 이때, 패드 질화막 패턴(213)도 같이 제거된다. Next, referring to FIG. 6, the
이후, 도 7a 내지 도 7e를 참조하면 다음과 같다. 참고로, 7a는 평면도를 도시한 것이고, 도 7b는 도 7a의 X1 - X1'의 절단면에 따른 단면도이며, 도 7c는 도 7a의 X2 - X2'의 절단면에 따른 단면도이다. 또한, 도 7d는 도 7a의 X3 - X3'의 절단면에 따른 단면도이고, 도 7e는 도 7a의 Y - Y'의 절단면에 따른 단면도이다. Then, referring to Figure 7a to 7e as follows. For reference, 7a illustrates a plan view, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along a cutting plane of X1-X1 'of FIG. 7A, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along a cutting plane of X2-X2' of FIG. 7A. 7D is a cross-sectional view taken along the cutting plane of X3-X3 'of FIG. 7A, and FIG. 7E is a cross-sectional view taken along the cutting plane of Y-Y' of FIG. 7A.
먼저, 제 1 리세스(225a) 및 제 2 리세스(225b)를 포함하는 반도체 기판(200) 상부에 제 2 마스크 패턴(230)을 형성한다. 이때, 제 2 마스크 패턴(230)은 도 7a에 도시된 바와 같이 형성된다. 제 1 리세스(225a) 및 제 1 리세스(225a)들 사이의 활성영역(210)을 노출시키고, 제 1 리세스(225a)와 Y - Y' 방향(게이트의 장축 방향)으로 인접한 제 2 리세스(225b) 일부 및 제 1 리세스(225a)들 사이의 활성영역(210)과 Y - Y' 방향(게이트의 장축 방향)으로 인접한 소자분리막(205) 일부가 노출되도록 형성하는 것이 바람직하다. First, a
그 다음, 제 2 마스크 패턴(230)에 의해 노출된 제 2 리세스(225b)를 더 식각하여 제 1 리세스(225a) 및 제 2 리세스(225b)의 깊이(D1, D2)보다 깊은 깊이(D3)를 갖는 제 3 리세스(225c)를 형성한다. 이렇게 제 2 리세스(225b) 중 활성영역(210) 내에 형성된 제 1 리세스(225a)와 인접한 부분을 더 식각하여 제 3 리세스(225c)를 형성한다. 즉, 제 3 리세스(225c)는 제 1 리세스(225a) 및 제 2 리세스(225b)의 경계면에 형성되어 활성영역(205)이 핀 형태가 되도록 한다.Next, the
도 7e는 제 1 리세스(225a), 제 2 리세스(225b) 및 제 3 리세스(225c)를 포함하는 리세스의 길이 방향(도 7a의 Y - Y' 방향)에 따른 절단면을 도시한 것으로, 리세스 저부에 형성된 단차를 나타낸다. 활성영역(210)은 기판 표면으로부터 'D1'의 깊이만큼 식각되고, 소자분리막(205) 중앙부는 기판 표면으로부터 'D2'의 깊이만큼 식각된다. 여기서, D1과 D2는 동일하도록 식각 타겟을 조절하는 것이 바람직하다. 그리고, 활성영역(210)과 인접한 소자분리막(205)은 기판 표면으로부터 'D3'의 깊이만큼 식각된다. 이때, D3은 D1 또는 D2보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이, 활성영역(210)은 'D1'의 깊이로 식각하고, 활성영역(210)과 인접한 소자분리막(205)은 'D3'의 깊이로 식각하여 'A'와 같이 핀 형태가 되도록 한다. 그리고, 활성영역(210)과 직접적으로 맞닿지 않은 소자분리막(205)은 활성영역(210)이 식각된 깊이(D1)와 동일한 깊이(D2)로 식각한다. 즉, 소자분리막(205) 중 핀 형태의 리세스를 형성하기 위한 최소한의 영역만 깊게 식각하고, 그 외의 부분은 활성영역(210)과 동일한 깊이로 형성하여 매립형 핀 게이트의 깊이가 깊은 구조로 인해 발생하는 셀 누설전류가 개선된다.FIG. 7E shows a cut along the longitudinal direction (Y-Y 'direction of FIG. 7A) of a recess comprising a
다음으로, 도 8a 내지 도 8e를 참조하여 이후 공정을 설명하면 다음과 같다. 참고로, 도 8a는 평면도를 도시한 것이고, 도 8b는 도 8a의 X1 - X1'의 절단면에 따른 단면도이며, 도 8c는 도 8a의 X2 - X2'의 절단면에 따른 단면도이다. 또한, 도 8d는 도 8a의 X3 - X3'의 절단면에 따른 단면도이고, 도 8e는 도 8a의 Y - Y'의 절단면에 따른 단면도이다. 먼저, 제 2 마스크 패턴(230)을 제거한다. 이어서, 제 1 리세스(225a), 제 2 리세스(225b) 및 제 3 리세스(225c) 표면에 배리어 메탈층(미도시)을 증착한다. 배리어 메탈층(미도시)은 티타늄 질화막을 포함하는 것이 바람직하다. 그 다음, 배리어 메탈층(미도시)이 형성된 제 1 리세스(225a), 제 2 리세스(225b) 및 제 3 리세스(225c)를 포함하는 반도체 기판(200) 상부에 게이트 도전물질을 매립한다. 이후, 반도체 기판(200)이 노출될때까지 평탄화 공정을 진행하여 매립형 핀 게이트(235)를 형성한다. Next, the following process will be described with reference to FIGS. 8A to 8E. For reference, FIG. 8A illustrates a plan view, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along a cutting plane of X1-X1 'of FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along a cutting plane of X2-X2' of FIG. 8A. 8D is a cross-sectional view taken along the cutting plane of X3-X3 'of FIG. 8A, and FIG. 8E is a cross-sectional view taken along the cutting plane of Y-Y' of FIG. 8A. First, the
상술한 바와 같이 소자분리막(205) 내에 형성된 게이트의 깊이가 활성영역(210) 내에 형성된 게이트의 깊이보다 깊게 형성되는 것을 방지하면서 기존과 동일하게 게이트가 채널을 완전히 감싸는 구조의 매립형 핀 게이트를 형성할 수 있다. As described above, while the depth of the gate formed in the
본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Of the present invention.
200 : 반도체 기판 203 : 측벽 산화막
205 : 소자분리막 210 : 활성영역
213 : 패드 질화막 215 : 제 1 하드마스크층
215a : 제 1 하드마스크 패턴 217 : 제 2 하드마스크층
217a : 제 2 하드마스크 패턴 220 : 제 1 마스크 패턴
225a : 제 1 리세스 225b : 제 2 리세스
225c : 제 3 리세스 230 : 제 2 마스크 패턴
235 : 게이트200
205
213: pad nitride film 215: first hard mask layer
215a: first hard mask pattern 217: second hard mask layer
217a: second hard mask pattern 220: first mask pattern
225a:
225c: third recess 230: second mask pattern
235 gate
Claims (9)
상기 활성영역을 식각하여 제 1 리세스를 형성하는 단계;
상기 소자분리막을 식각하여 상기 제 1 리세스와 동일한 깊이의 제 2 리세스를 형성하는 단계;
상기 제 1 리세스와 연결된 부분의 상기 제 2 리세스를 더 식각하여 제 3 리세스를 형성하는 단계; 및
상기 제 1 리세스, 제 2 리세스 및 제 3 리세스에 도전물질을 매립하여 매립형 핀 게이트를 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Forming an isolation layer defining an active region on the semiconductor substrate;
Etching the active region to form a first recess;
Etching the device isolation layer to form a second recess having the same depth as the first recess;
Further etching the second recess of the portion connected with the first recess to form a third recess; And
Embedding a conductive material in the first recess, the second recess, and the third recess to form a buried fin gate
And forming a second insulating film on the semiconductor substrate.
상기 제 1 리세스를 형성하는 단계는
상기 반도체 기판 상부에 게이트 예정영역을 정의하는 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 활성영역을 식각하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Forming the first recess is
Forming a first mask pattern defining a gate predetermined area on the semiconductor substrate; And
Etching the active region using the first mask pattern as an etching mask
And forming a second insulating film on the semiconductor substrate.
상기 제 2 리세스를 형성하는 단계는
상기 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 소자분리막을 식각하는 단계; 및
상기 제 1 마스크 패턴을 제거하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 2,
Forming the second recess is
Etching the device isolation layer using the first mask pattern as an etching mask; And
Removing the first mask pattern
And forming a second insulating film on the semiconductor substrate.
상기 제 3 리세스를 형성하는 단계는
상기 제 1 리세스와 상기 제 2 리세스의 경계면의 상기 제 2 리세스를 더 식각하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Forming the third recess is
Further etching the second recesses at the interface between the first and second recesses
And forming a second insulating film on the semiconductor substrate.
상기 제 3 리세스를 형성하는 단계는
상기 제 1 리세스 및 제 1 리세스들 사이의 활성영역을 노출시키고, 제 1 리세스와 연결된 제 2 리세스 일부 및 제 1 리세스들 사이의 활성영역과 인접한 소자분리막 일부를 노출시키는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 마스크 패턴에 의해 노출된 상기 제 2 리세스 저부를 더 식각하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법. The method according to claim 1,
Forming the third recess is
A second mask exposing an active region between the first recess and the first recesses and exposing a portion of the second isolation region connected to the first recess and a portion of the device isolation layer adjacent to the active region between the first recesses; Forming a pattern; And
Further etching the second recess bottom exposed by the second mask pattern
And forming a second insulating film on the semiconductor substrate.
상기 제 2 리세스를 저부를 더 식각하는 단계 이후,
상기 제 2 마스크 패턴을 제거하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 5,
After further etching the bottom of the second recess,
Removing the second mask pattern
Method of manufacturing a semiconductor device further comprising.
상기 게이트를 형성하는 단계 이전에,
상기 제 1 리세스, 제 2 리세스 및 제 3 리세스 표면에 배리어 메탈층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Prior to forming the gate,
And forming a barrier metal layer on surfaces of the first recess, the second recess, and the third recess.
상기 배리어 메탈층은 티타늄 질화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 7,
The barrier metal layer includes a titanium nitride film.
상기 도전물질은 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 1,
The conductive material is a method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises tungsten.
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