KR20020096533A - Method of Forming Gate Pattern - Google Patents

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이현철
김남중
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삼성전자 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A gate pattern formation method is provided to prevent an etch damage of a semiconductor substrate and to easily form a gate pattern having a vertical sidewall. CONSTITUTION: A first and a second insulating layer having different etching selectivities are sequentially formed on a semiconductor substrate(100) having an isolation layer(110). A second insulating pattern(131) and a first insulating pattern(121) are sequentially formed to expose the semiconductor substrate(100) by patterning the second and first insulating layer. A gate oxide layer is formed on the exposed semiconductor substrate(100). A gate conductive pattern(200) is formed on the gate oxide layer. Then, the second insulating pattern(131) and the first insulating pattern(121) are removed. A silicon nitride layer is used as the first insulating layer, and a silicon oxide layer is used as the second insulating layer.

Description

게이트 패턴 형성 방법{Method of Forming Gate Pattern}Method of Forming Gate Pattern

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 게이트 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a gate pattern.

반도체 장치의 고집적화를 위해, 반도체 제조 기술은 게이트 패턴의 폭 및 상기 게이트 패턴 사이의 간격을 줄이는 미세화 추세에 있다. 그러나, 게이트 패턴의 폭이 줄어들면 워드 라인의 저항값은 증가하므로, 반도체 장치의 소비전력 및 동작 속도를 고려할 때 바람직하지 않다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 게이트 패턴의 두께를 증가시켜 상기 게이트 패턴의 폭이 줄어듦에 따른 저항값 증가를 상쇄하는 방법이 사용되고 있다.For high integration of semiconductor devices, semiconductor fabrication techniques are in miniaturization trend to reduce the width of the gate pattern and the gap between the gate patterns. However, when the width of the gate pattern decreases, the resistance value of the word line increases, which is not preferable in consideration of power consumption and operating speed of the semiconductor device. In order to solve this problem, a method of canceling an increase in resistance value as the width of the gate pattern decreases by increasing the thickness of the gate pattern is used.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 게이트 패턴의 형성방법을 설명하기 위한공정단면도들이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern according to the related art.

도 1을 참조하면, 반도체기판(10)에 소자분리막 패턴(20)을 형성한다. 상기 소자분리막 패턴(20)을 포함하는 반도체기판(10) 상에 차례로 적층된 게이트 산화막(30), 다결정 실리콘막(40), 실리사이드막(50), 캐핑절연막(60)을 형성한다. 상기 캐핑절연막(60) 상에 게이트 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴(70)을 형성한다.Referring to FIG. 1, the device isolation layer pattern 20 is formed on the semiconductor substrate 10. A gate oxide layer 30, a polycrystalline silicon layer 40, a silicide layer 50, and a capping insulation layer 60 are sequentially formed on the semiconductor substrate 10 including the device isolation layer pattern 20. A photoresist pattern 70 for forming a gate pattern is formed on the capping insulating layer 60.

도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(70)을 식각 마스크로 사용하여, 상기 캐핑절연막(60), 상기 실리사이드막(50) 및 상기 다결정 실리콘막(40)을 차례로 패터닝한다. 그 결과, 캐핑절연막 패턴(61), 게이트 상부전극(51) 및 게이트 하부전극(41)로 이루어진 게이트 패턴(80)이 형성된다.Referring to FIG. 2, the capping insulating layer 60, the silicide layer 50, and the polycrystalline silicon layer 40 are sequentially patterned using the photoresist pattern 70 as an etching mask. As a result, a gate pattern 80 including the capping insulating layer pattern 61, the gate upper electrode 51, and the gate lower electrode 41 is formed.

상기 게이트 산화막(30)은 상기 게이트 패턴(80) 형성을 위한 식각 공정에서 식각정지막으로 사용되어, 상기 반도체 기판(10)에 식각손상이 발생하는 것을 방지해준다. 하지만, 상기한 바와 같이 반도체 장치의 고집적화에 따른 게이트 패턴(80) 두께의 증가는 상기 게이트 산화막(30)이 상기 반도체기판(10)에 대한 식각손상을 방지하는 역할을 하는 것을 어렵게한다. 왜냐하면, 식각될 막의 두께가 증가할수록 식각공정의 오차한계 역시 커지고, 다결정실리콘 식각 공정에서 실리콘산화막의 식각 선택비가 크지 않기 때문이다.The gate oxide layer 30 is used as an etch stop layer in the etching process for forming the gate pattern 80, thereby preventing the etching damage to the semiconductor substrate 10. However, as described above, the increase in the thickness of the gate pattern 80 due to the high integration of the semiconductor device makes it difficult for the gate oxide layer 30 to prevent etching damage to the semiconductor substrate 10. This is because, as the thickness of the film to be etched increases, the error limit of the etching process also increases, and the etching selectivity of the silicon oxide film is not large in the polysilicon etching process.

그리고, 상기 게이트 패턴(80)의 측벽 프로파일은 수직한 것이 바람직하다. 하지만, 상기와 같이 다양한 물질막들로 구성된다면, 상기 게이트 패턴(80) 형성을 위한 식각 공정에서 수직한 측벽 프로파일을 형성하기가 어려워진다.In addition, the sidewall profile of the gate pattern 80 is preferably vertical. However, when the material is formed of various material layers as described above, it is difficult to form a vertical sidewall profile in the etching process for forming the gate pattern 80.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체기판에 대한 식각손상을 방지하면서, 수직한 측벽 프로파일을 갖는 게이트 패턴의 형성 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of forming a gate pattern having a vertical sidewall profile while preventing etching damage to a semiconductor substrate.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 게이트 패턴 형성방법을 나타내는 공정단면도들이다.1 and 2 are process cross-sectional views illustrating a gate pattern forming method according to the prior art.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 패턴 형성방법을 나타내는 공정단면도들이다.3 to 8 are process cross-sectional views illustrating a gate pattern forming method according to a preferred embodiment of the present invention.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체기판 상에 절연막 패턴을 형성한 후, 상기 절연막 패턴 사이의 반도체기판 상에 차례로 게이트 산화막 및 게이트 도전막을 형성함으로써, 게이트 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 반도체기판 상에 차례로 적층된 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 형성하고, 상기 제 2 및 제 1 절연막을 차례로 패터닝하여 상기 반도체기판을 노출시킴으로서, 제 2 절연막 패턴 및 제 1 절연막 패턴을 차례로 형성하는 단계를 포함한다. 상기 노출된 반도체기판에 게이트 산화막을 형성하고, 상기 제 2 절연막 패턴 사이에 개재되어 상기 게이트 산화막을 덮는 게이트도전막 패턴을 형성한 후, 상기 제 2 절연막 패턴 및 상기 제 1 절연막 패턴을 차례로 제거한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method of forming a gate pattern by forming an insulating film pattern on a semiconductor substrate, and subsequently forming a gate oxide film and a gate conductive film on the semiconductor substrate between the insulating film patterns. do. This method forms a first insulating film and a second insulating film that are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and exposes the semiconductor substrate by patterning the second and first insulating films in sequence, thereby sequentially turning the second insulating film pattern and the first insulating film pattern. Forming a step. A gate oxide film is formed on the exposed semiconductor substrate, and a gate conductive film pattern is formed between the second insulating film patterns to cover the gate oxide film, and then the second insulating film pattern and the first insulating film pattern are sequentially removed. .

상기 제 1 절연막은 실리콘질화막 및 옥시질화막 중의 하나로 형성하고, 상기 제 2 절연막은 실리콘산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 게이트산화막은 열산화공정으로 형성하고, 상기 제 1 절연막 패턴은 등방성 식각의 방법으로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the first insulating film is formed of one of a silicon nitride film and an oxynitride film, and the second insulating film is formed of a silicon oxide film. The gate oxide layer may be formed by a thermal oxidation process, and the first insulating layer pattern may be formed by an isotropic etching method.

상기 게이트 도전막 패턴은 차례로 적층된 다결정실리콘막 및 실리사이드막으로 형성하는 것이 바람직한데, 그 형성 방법은 상기 게이트 산화막을 포함하는반도체기판 전면에 다결정실리콘막을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 다결정실리콘막은 상기 제 2 절연막 패턴 사이의 영역을 채운다. 상기 다결정실리콘막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴의 상부면보다 낮은 상부면을 갖는 다결정실리콘 패턴을 형성한다. 상기 다결정실리콘 패턴을 포함하는 반도체기판 전면에 실리사이드막을 형성한다. 마찬가지로, 상기 실리사이드막은 상기 제 2 절연막 패턴 사이의 영역을 채운다. 상기 실리사이드막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴 사이에 개재되어 상기 다결정실리콘 패턴을 덮는 실리사이드막 패턴을 형성한다.The gate conductive layer pattern may be formed of a polysilicon layer and a silicide layer, which are sequentially stacked, and the method may include forming a polysilicon layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the gate oxide layer. In this case, the polysilicon film fills a region between the second insulating film patterns. The polysilicon layer is etched entirely to form a polysilicon pattern having an upper surface lower than an upper surface of the second insulating layer pattern. A silicide layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the polysilicon pattern. Similarly, the silicide film fills a region between the second insulating film patterns. The silicide layer is entirely etched to form a silicide layer pattern interposed between the second insulating layer patterns to cover the polysilicon pattern.

상기 게이트 도전막 패턴은 다결정실리콘막 또는 금속물질막으로 형성할 수도 있는데, 그 형성 방법은 상기 게이트 산화막을 포함하는 반도체기판 전면에 게이트 도전막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 게이트 도전막은 상기 제 2 절연막 패턴 사이의 영역을 채우는 것을 특징으로 한다. 그 후, 상기 게이트 도전막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴의 상부를 노출시킴으로서, 상기 제 2 절연막 패턴 사이에 개재되는 게이트 도전막 패턴을 형성한다.The gate conductive layer pattern may be formed of a polysilicon layer or a metal material layer. The method may include forming a gate conductive layer over the entire semiconductor substrate including the gate oxide layer. The gate conductive layer fills a region between the second insulating layer patterns. Thereafter, the gate conductive layer is etched entirely to expose the upper portion of the second insulating layer pattern, thereby forming a gate conductive layer pattern interposed between the second insulating layer patterns.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층이 다른 층 또는 기판 상에있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the invention will be fully conveyed to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. If it is also mentioned that the layer is on another layer or substrate it may be formed directly on the other layer or substrate or a third layer may be interposed therebetween.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게이트 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.3 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 반도체기판(100) 상에, 통상의 소자분리 기술을 사용한 소자분리막(110)을 형성한다. 상기 소자분리막(110)을 포함하는 반도체기판 전면에 차례로 적층된 제 1 절연막(120) 및 제 2 절연막(130) 및 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 패터닝하여, 포토레지스트 패턴(140)을 형성한다.Referring to FIG. 3, an isolation layer 110 is formed on the semiconductor substrate 100 using a conventional isolation technique. A first insulating film 120, a second insulating film 130, and a photoresist film are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the device isolation layer 110. The photoresist film is patterned to form a photoresist pattern 140.

상기 제 1 절연막(120)은 실리콘질화막 또는 옥시질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 2 절연막(130)은 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 1 및 제 2 절연막(120, 130)의 두께는 요구되는 게이트 패턴의 폭 및 게이트 전극의 저항을 고려하여 결정해야 한다.The first insulating film 120 is preferably formed of a silicon nitride film or an oxynitride film. In addition, the second insulating film 130 is preferably formed of a silicon oxide film. In addition, the thicknesses of the first and second insulating layers 120 and 130 should be determined in consideration of the required width of the gate pattern and the resistance of the gate electrode.

도 4를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(140)을 식각마스크로 사용하여 상기 제 1 절연막(120)이 노출될 때까지 상기 제 2 절연막(130)을 식각함으로써, 제 2 절연막 패턴(131)을 형성한다. 상기 제 2 절연막 패턴(131)을 형성하는 단계는 상기 제 1 절연막(120)에 대해 식각 선택비를 갖는 식각 레서피로 실시하는 것이 바람직하다. 그 경우, 상기 제 2 절연막(130)을 식각하는 과정에서 발생할 수 있는, 상기 제 1 절연막(120) 하부의 상기 반도체기판(100)에 대한 식각 손상을 방지할 수 있다. 상기한 바와같이 제 1 절연막(120)은 실리콘질화막으로, 제 2 절연막(130)은 실리콘산화막으로 형성할 경우, 상기 식각 공정의 식각선택비를 더욱 높일 수 있다.Referring to FIG. 4, the second insulating layer 130 is etched by using the photoresist pattern 140 as an etching mask until the first insulating layer 120 is exposed. Form. The forming of the second insulating layer pattern 131 may be performed by using an etching recipe having an etching selectivity with respect to the first insulating layer 120. In this case, etching damage to the semiconductor substrate 100 under the first insulating layer 120, which may occur in the process of etching the second insulating layer 130, may be prevented. As described above, when the first insulating layer 120 is formed of silicon nitride and the second insulating layer 130 is formed of silicon oxide, the etching selectivity of the etching process may be further increased.

또한 상기 제 2 절연막 패턴(131) 형성을 위한 식각 공정은 이방성 식각의 방법으로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 절연막(130)은 실리콘산화막의 단일층으로 구성되므로, 상기 이방성 식각 공정은 종래 기술보다 더 쉽게 수직한 측벽을 형성할 수 있다.In addition, the etching process for forming the second insulating layer pattern 131 is preferably performed by an anisotropic etching method. Since the second insulating layer 130 is composed of a single layer of a silicon oxide film, the anisotropic etching process may form a vertical sidewall more easily than the prior art.

상기 노출된 제 1 절연막(120)을 식각하여 제 1 절연막 패턴(121)을 형성한다. 이에 따라, 상기 제 1 절연막 패턴(121) 사이에서 반도체기판(100)이 노출된다. 상기 제 1 절연막 패턴(121) 형성을 위한 식각 공정은 상기 실리콘산화물 및 실리콘에 대해 식각 선택비를 갖는 실리콘질화물 식각 레서피로 실시하는 것이 바람직하다. 그 경우, 상기 제 2 절연막 패턴(131), 상기 소자분리막(110) 및 상기 반도체기판(100)에 식각 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.The exposed first insulating layer 120 is etched to form a first insulating layer pattern 121. Accordingly, the semiconductor substrate 100 is exposed between the first insulating layer patterns 121. The etching process for forming the first insulating layer pattern 121 may be performed by using a silicon nitride etching recipe having an etching selectivity with respect to the silicon oxide and silicon. In this case, etching damage may be prevented from occurring on the second insulating layer pattern 131, the device isolation layer 110, and the semiconductor substrate 100.

또한 상기 제 1 절연막 패턴(121) 형성을 위한 상기 식각 공정은 등방성 식각의 방법으로 실시되는 것이 바람직하다. 등방성 식각의 방법에 의해, 상기 제 1 절연막 패턴(121)은 상기 제 2 절연막 패턴(131)의 하부에서 언더컷된 프로파일을 갖는다. 상기 제 1 절연막 패턴(121) 형성을 위한 식각 공정은 이방성 식각의 방법으로 실시될 수도 있다.In addition, the etching process for forming the first insulating layer pattern 121 is preferably performed by an isotropic etching method. By the method of isotropic etching, the first insulating layer pattern 121 has a profile cut under the second insulating layer pattern 131. An etching process for forming the first insulating layer pattern 121 may be performed by an anisotropic etching method.

도 5를 참조하면, 상기 제 1 절연막 패턴(121) 사이에서 노출된 반도체기판(100)에 게이트 산화막(150)을 형성한다. 반도체 트랜지스터의 전기적 특성 향상을 위해, 상기 게이트 산화막(150)은 열공정을 통해 형성되는 열산화막인 것이 바람직하다. 혹은 CVD 방식에 의해 증착되는 산화막으로 상기 게이트 산화막(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 5, a gate oxide layer 150 is formed on the semiconductor substrate 100 exposed between the first insulating layer patterns 121. In order to improve electrical characteristics of the semiconductor transistor, the gate oxide film 150 is preferably a thermal oxide film formed through a thermal process. Alternatively, the gate oxide film (not shown) may be formed of an oxide film deposited by a CVD method.

상기한 바와 같이, 등방성 식각의 방법으로 상기 제 1 절연막 패턴(121)을 형성할 경우, 상기 제 1 절연막 패턴(121)은 상기 제 2 절연막 패턴(131)의 하부에서 언더컷된 프로파일을 갖는다. 이 경우, 상기 게이트 산화막(150)은 상기 노출된 반도체기판 상에서, 상기 제 2 절연막 패턴(131)들 사이의 간격보다 넓은 폭을 갖는다. 상기 게이트 산화막(150) 상에 게이트 도전막 패턴이 형성될 것이라는 점에서, 상기 게이트 산화막(150)이 상기 게이트 도전막 패턴보다 넓은 폭을 갖도록 하는 상기 등방성 식각에 의한 제 1 절연막 패턴(121) 형성 방법은 바람직하다.As described above, when the first insulating film pattern 121 is formed by an isotropic etching method, the first insulating film pattern 121 has a profile undercut under the second insulating film pattern 131. In this case, the gate oxide film 150 has a width wider than an interval between the second insulating film patterns 131 on the exposed semiconductor substrate. Since a gate conductive layer pattern is to be formed on the gate oxide layer 150, the first insulating layer pattern 121 is formed by the isotropic etching so that the gate oxide layer 150 has a wider width than the gate conductive layer pattern. The method is preferred.

도 6을 참조하면, 상기 제 2 절연막 패턴(131) 사이에 개재되어 상기 게이트 산화막(150)을 덮는 게이트 도전막 패턴(200)을 형성한다.Referring to FIG. 6, a gate conductive layer pattern 200 is formed between the second insulating layer patterns 131 to cover the gate oxide layer 150.

상기 게이트 도전막 패턴(200)은 다양한 물질막으로 구성할 수 있다. 바람직하게는, 상기 게이트 도전막 패턴(200)은 차례로 적층된 다결정실리콘막 및 실리사이드막으로 구성한다. 상기 실리사이드막은 텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드 및 티타늄 실리사이드 중의 하나로 형성하는 것이 바람직하다.The gate conductive layer pattern 200 may be formed of various material layers. Preferably, the gate conductive layer pattern 200 includes a polysilicon layer and a silicide layer that are sequentially stacked. The silicide layer is preferably formed of one of tungsten silicide, cobalt silicide and titanium silicide.

상기 차례로 적층된 다결정실리콘막 및 실리사이드막으로 상기 게이트 도전막 패턴(200)을 형성하는 방법은 상기 게이트 산화막(150)이 형성된 반도체기판 전면에 다결정실리콘막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 다결정실리콘막은 CVD 방법으로 증착되며, 상기 제 2 절연막 패턴(131) 사이의 영역을 채운다. 상기 다결정 실리콘막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴(131)의 상부면보다 낮은 상부면을 갖는 다결정실리콘 패턴(160)을 형성한다. 상기 다결정실리콘 패턴(160)을 포함하는 반도체기판 전면에 실리사이드막을 형성한다. 상기 실리사이드막은 상기 다결정실리콘 패턴(160) 상부에서 상기 제 2 절연막 패턴(131) 사이의 영역을 채운다. 상기 실리사이드막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴(131)의 상부면을 노출시킴으로써, 상기 제 2 절연막 패턴(131) 사이에 개재되는 실리사이드막 패턴(170)을 형성한다. 상기 다결정실리콘 패턴(160) 및 상기 실리사이드막 패턴(170)은 게이트 도전막 패턴(200)을 구성한다.The method of forming the gate conductive layer pattern 200 using the polysilicon layer and the silicide layer, which are sequentially stacked, includes forming a polysilicon layer on the entire surface of the semiconductor substrate on which the gate oxide layer 150 is formed. The polysilicon film is deposited by a CVD method and fills a region between the second insulating film patterns 131. The polycrystalline silicon layer is etched entirely to form a polysilicon pattern 160 having an upper surface lower than an upper surface of the second insulating layer pattern 131. A silicide layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the polysilicon pattern 160. The silicide layer fills a region between the second insulating layer pattern 131 on the polysilicon pattern 160. The silicide layer pattern 170 is interposed between the second insulation layer pattern 131 by exposing the upper surface of the second insulation layer pattern 131 by etching the entire surface of the silicide layer. The polysilicon pattern 160 and the silicide layer pattern 170 constitute a gate conductive layer pattern 200.

상기 다결정실리콘막의 전면식각 및 실리사이드막의 전면식각은 에치백(etchback) 또는 화학기계적 연마법(CMP:chemical mechanical polishing)의 방법으로 실시되는 것이 바람직하다.The front side etching of the polysilicon layer and the front side etching of the silicide layer are preferably performed by etching back or chemical mechanical polishing (CMP).

상기 게이트 도전막 패턴(200)은 다결정실리콘막 또는 금속물질막의 단일 층을 갖는 물질막으로 형성할 수도 있다. 그 형성 방법은 도 6에서 설명한, 다결정실리콘 패턴(160) 형성까지의 방법과 동일하다. 즉, 이 방법은 상기 게이트 산화막(150)이 형성된 반도체기판 전면에 게이트 도전막을 형성한 후, 상기 게이트 도전막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴(131)의 상부면보다 낮은 상부면을 갖는 게이트 도전막 패턴(200)을 형성하는 단계를 포함한다.The gate conductive layer pattern 200 may be formed of a material layer having a single layer of a polysilicon layer or a metal layer. The formation method is the same as the method up to the formation of the polysilicon pattern 160 described with reference to FIG. 6. That is, in this method, after the gate conductive film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the gate oxide film 150 is formed, the gate conductive film is etched entirely, and the gate conductive film has a lower surface than the upper surface of the second insulating layer pattern 131. Forming a pattern 200.

상기 게이트 도전막 패턴(200)을 금속물질막으로 형성할 경우, 금속의 낮은 저항값으로 인해 상기 게이트 도전막 패턴(200)의 높이를 낮출수 있다는 장점이 있다. 그럼에도 불구하고, 종래 기술에서 반도체 제조 공정에 금속물질막, 특히 구리막을 사용하지 않은 이유 중의 하나는 구리막에 대한 건식식각 공정의 어려움때문이다. 하지만, 본 발명의 방법은 상기 CMP 공정에서만 구리막에 대한 식각 단계가있다는 점에서, 상기 종래 기술에서와 같은 건식식각 공정의 어려움을 최소화할 수 있다.When the gate conductive layer pattern 200 is formed of a metal material layer, the gate conductive layer pattern 200 may have a low height due to the low resistance of the metal. Nevertheless, one of the reasons for not using a metal material film, especially a copper film, in the semiconductor manufacturing process in the prior art is the difficulty of the dry etching process for the copper film. However, the method of the present invention can minimize the difficulty of the dry etching process as in the prior art in that there is an etching step for the copper film only in the CMP process.

도 7을 참조하면, 상기 제 2 절연막 패턴(131) 및 상기 제 1 절연막 패턴(121)을 차례로 제거하여, 차례로 적층된 게이트 산화막(150) 및 게이트 도전막 패턴(200)을 남긴다.Referring to FIG. 7, the second insulating layer pattern 131 and the first insulating layer pattern 121 are sequentially removed to leave the gate oxide layer 150 and the gate conductive layer pattern 200 that are sequentially stacked.

상기 제 2 절연막 패턴(131)을 제거하는 단계는 실리콘질화막에 대해 식각 선택비를 갖는 실리콘산화막 식각 레서피로 실시하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 2 절연막 패턴(131) 제거 공정에서 상기 게이트 산화막(150)이 손상되는 것을 방지하기 위해, 상기 제 1 절연막(120)을 상기 게이트 산화막(150)보다 두껍게 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제 1 절연막(120)은 상기 게이트 도전막 패턴(200)과 연결되어, 상기 제 2 절연막 패턴(131) 식각 공정에서 상기 게이트 산화막이 식각되는 것을 방지한다.Removing the second insulating layer pattern 131 may be performed by using a silicon oxide layer etching recipe having an etching selectivity with respect to the silicon nitride layer. In addition, in order to prevent the gate oxide layer 150 from being damaged in the process of removing the second insulating layer pattern 131, the first insulating layer 120 may be formed thicker than the gate oxide layer 150. In this case, the first insulating layer 120 is connected to the gate conductive layer pattern 200 to prevent the gate oxide layer from being etched in the etching process of the second insulating layer pattern 131.

상기 제 2 절연막 패턴(131) 제거를 위해 이방성 식각의 방법을 사용할 경우, 비록 식각선택비를 갖는 식각 레서피를 사용할지라도 상기 게이트 도전막 패턴(200)의 리세스될 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 제 2 절연막 패턴(131) 식각 전에, 상기 게이트 도전막 패턴(200) 상에 캐핑절연막 패턴을 더 형성할 수도 있다. 상기 제 2 절연막 패턴(131) 제거를 위한 식각 공정은 등방성 식각의 방법으로 실시될 수도 있고, 이때는 상기 캐핑절연막 패턴이 필요없다.When the anisotropic etching method is used to remove the second insulating layer pattern 131, the gate conductive layer pattern 200 may be recessed even if an etching recipe having an etching selectivity is used. To prevent this, a capping insulating layer pattern may be further formed on the gate conductive layer pattern 200 before etching the second insulating layer pattern 131. An etching process for removing the second insulating layer pattern 131 may be performed by an isotropic etching method, in which case the capping insulating layer pattern is not necessary.

상기 제 1 절연막 패턴(121)을 제거하는 단계는 실리콘 및 실리콘산화막에 대해 식각선택비를 갖는 실리콘질화막 식각 레서피로 실시하는 것이 바람직하다.The removing of the first insulating layer pattern 121 may be performed by using a silicon nitride layer etching recipe having an etching selectivity with respect to silicon and a silicon oxide layer.

본 발명에 따르면, 절연막 패턴을 형성하고, 절연막 패턴 사이의 반도체 기판에 차례로 적층된 게이트 산화막 및 게이트 도전막 패턴을 형성한 후, 절연막 패턴을 제거함으로써, 게이트 패턴을 형성한다. 그 결과, 수직한 측벽을 갖는 게이트 패턴을 쉽게 형성할 수 있고, 그 형성 과정에서 반도체기판에 식각손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 게이트 전극으로 금속물질막을 사용하는 것을 가능하게하여, 더 빠른 동작 속도의 반도체 장치를 제조할 수 있다.According to the present invention, a gate pattern is formed by forming an insulating film pattern, forming a gate oxide film and a gate conductive film pattern sequentially stacked on a semiconductor substrate between the insulating film patterns, and then removing the insulating film pattern. As a result, a gate pattern having vertical sidewalls can be easily formed, and the etching damage can be prevented from occurring in the semiconductor substrate during the formation thereof. In addition, it is possible to use a metal material film as the gate electrode, thereby manufacturing a semiconductor device with a faster operating speed.

Claims (10)

반도체기판 상에 차례로 적층된 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 형성하는 단계;Forming a first insulating film and a second insulating film sequentially stacked on the semiconductor substrate; 상기 제 2 및 제 1 절연막을 차례로 패터닝하여 상기 반도체기판을 노출시킴으로서, 제 2 절연막 패턴 및 제 1 절연막 패턴을 차례로 형성하는 단계;Patterning the second and first insulating films in sequence to expose the semiconductor substrate, thereby sequentially forming a second insulating film pattern and a first insulating film pattern; 상기 노출된 반도체기판에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on the exposed semiconductor substrate; 상기 제 2 절연막 패턴 사이에 개재되어 상기 게이트 산화막을 덮는 게이트도전막 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a gate conductive layer pattern interposed between the second insulating layer patterns to cover the gate oxide layer; And 상기 제 2 절연막 패턴 및 상기 제 1 절연막 패턴을 차례로 제거하는 단계를 포함하는 게이트 패턴 형성방법.And sequentially removing the second insulating film pattern and the first insulating film pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 절연막은 실리콘질화막 및 옥시질화막 중의 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 게이트 패턴 형성방법.And the first insulating film is formed of one of a silicon nitride film and an oxynitride film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 절연막은 실리콘산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 게이트 패턴 형성방법.And the second insulating film is formed of a silicon oxide film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 도전막 패턴을 형성하는 단계는Forming the gate conductive layer pattern 상기 게이트 산화막을 포함하는 반도체기판 전면에 게이트 도전막을 형성하여, 상기 제 2 절연막 패턴 사이의 영역을 채우는 단계; 및Filling a region between the second insulating layer patterns by forming a gate conductive layer on an entire surface of the semiconductor substrate including the gate oxide layer; And 상기 게이트 도전막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴의 상부를 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 게이트 패턴 형성방법.And etching the gate conductive layer on the entire surface to expose an upper portion of the second insulating layer pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 도전막 패턴은 다결정실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로하는 게이트 패턴 형성방법.And the gate conductive layer pattern is formed of a polysilicon layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 도전막 패턴은 금속물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 게이트 패턴 형성방법.And the gate conductive layer pattern is formed of a metal material layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 도전막 패턴은 차례로 적층된 다결정실리콘막 및 실리사이드막으로 형성하는 것을 특징으로하는 게이트 패턴 형성방법.And the gate conductive layer pattern is formed of a polysilicon layer and a silicide layer that are sequentially stacked. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 게이트도전막 패턴을 차례로 적층된 다결정실리콘막 및 실리사이드막으로 형성하기 위해,In order to form the gate conductive film pattern of a polysilicon film and a silicide film laminated in sequence, 상기 게이트 산화막을 포함하는 반도체기판 전면에 다결정실리콘막을 형성하여, 상기 제 2 절연막 패턴 사이의 영역을 채우는 단계;Forming a polysilicon film on an entire surface of the semiconductor substrate including the gate oxide film to fill a region between the second insulating film patterns; 상기 다결정실리콘막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴의 상부면보다 낮은 상부면을 갖는 다결정실리콘 패턴을 형성하는 단계;Etching the entire polysilicon layer to form a polysilicon pattern having an upper surface lower than an upper surface of the second insulating layer pattern; 상기 다결정실리콘 패턴을 포함하는 반도체기판 전면에 실리사이드막을 형성하여, 상기 제 2 절연막 패턴 사이의 영역을 채우는 단계; 및Forming a silicide layer on an entire surface of the semiconductor substrate including the polysilicon pattern to fill a region between the second insulating layer patterns; And 상기 실리사이드막을 전면식각하여 상기 제 2 절연막 패턴의 상부면을 노출시킴으로써, 상기 제 2 절연막 패턴 사이에 개재되는 실리사이드막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 게이트 패턴 형성방법.Forming a silicide layer pattern interposed between the second dielectric layer pattern by exposing the upper surface of the second dielectric layer pattern by etching the silicide layer on the entire surface. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트산화막을 형성하는 단계는 열산화공정으로 실시하는 것을 특징으로 하는 게이트 패턴 형성방법.Forming the gate oxide film is a gate pattern forming method, characterized in that performed by a thermal oxidation process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 절연막 패턴 형성의 단계는 등방성 식각을 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 게이트 패턴 형성방법.And forming the first insulating layer pattern by using isotropic etching.
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