KR20050118548A - Method for manufacturing self-aligned recess channel mosfet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판 상부에 MOSFET의 채널 영역을 오픈하는 하드 마스크 및 버퍼막 패턴을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 측벽에 스페이서를 형성하고 하드 마스크 패턴 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판을 일정 깊이로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계와, 스페이서를 제거한 후에 상기 구조물 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 사이 및 리세스 영역에 도전막을 갭필하고 화학적기계적연마 공정을 진행하는 단계와, 게이트 절연막 일부와 하드 마스크 및 버퍼막을 제거하여 리세스 영역의 반도체 기판 상부에 식각된 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 그러므로 본 발명은 스페이서를 마스크로 이용하여 리세스 영역을 식각할 수 있으며 게이트 전극과 채널 사이의 얼라인을 용이하게 할 뿐만 아니라 게이트 전극의 식각 손상을 방지할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET, and more particularly, to form a hard mask and a buffer layer pattern that opens a channel region of a MOSFET on a semiconductor substrate, and to form a spacer on a pattern sidewall of the hard mask and the buffer layer. Forming a recess region by forming and etching the semiconductor substrate exposed by the hard mask pattern and the spacer to a predetermined depth; forming a gate insulating film on the entire surface of the structure after removing the spacer; Gap-filling a conductive film in the recess region and performing a chemical mechanical polishing process; and removing a portion of the gate insulating layer, a hard mask, and a buffer layer to form an etched gate insulating layer and a gate electrode on the semiconductor substrate in the recess region. It is made to include. Therefore, the present invention can use the spacer as a mask to etch the recessed region, facilitate alignment between the gate electrode and the channel, and prevent etch damage of the gate electrode.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자, 반도체 메모리소자등에 적용할 수 있는 셀프 얼라인드(self-aligned) 리세스 채널(recess channel) MOSFET 제조 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 manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET applicable to a semiconductor device, a semiconductor memory device, and the like.
일반적으로 MOSFET는 반도체기판 상부에 형성된 게이트 전극이 얇은 절연막에 의해 격리되어 있는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)로서 접합형 트랜지스터와 같이 임피던스 저하없이 고밀도 집적화에 적합한 특성을 지니고 있는 반도체 소자이다.In general, a MOSFET is a field effect transistor in which a gate electrode formed on a semiconductor substrate is separated by a thin insulating film, and is a semiconductor device having characteristics suitable for high density integration without a decrease in impedance, such as a junction transistor.
그런데 최근에는 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 소자 크기또한 축소되기 때문에 트랜지스터의 문턱 전압이 낮아져 쇼트 채널 효과(short channel effect)가 발생하거나 셀로우 트랜치 소자분리(shallow trench isolation) 공정시 활성 영역의 에지에 의한 INWE(Inverse Narrow Width Effect) 효과가 심화되는 문제점이 있다. 이에 따라 MOSFET의 서브 문턱 영역 및 오프(off)-영역에서의 누설 전류 특성이 나타나게 되며 반도체 소자의 특성 저하를 야기시킨다. 예를 들어, DRAM의 리프레시(refresh) 또는 데이터 보유 시간(retention time) 특성 저하를 야기시킨다.However, in recent years, as the integration of semiconductor devices increases, the size of the devices decreases, so that the threshold voltage of the transistors decreases, resulting in short channel effects or at the edges of the active regions during shallow trench isolation processes. Inverse Narrow Width Effect (INWE) due to the problem is intensified. This results in leakage current characteristics in the sub-threshold and off-regions of the MOSFET and causes deterioration of the characteristics of the semiconductor device. For example, it causes a refresh or degradation of data retention time characteristics of the DRAM.
그러므로 고집적화된 MOSFET의 문턱 전압 감소를 억제하기 위한 방법으로 반도체 기판의 도핑 농도를 증가시키는 방법이 있으나, 이는 불순물 정션의 누설 전류를 증가시키는 다른 문제점을 발생한다.Therefore, there is a method of increasing the doping concentration of the semiconductor substrate as a method for suppressing the reduction of the threshold voltage of the highly integrated MOSFET, but this causes another problem of increasing the leakage current of the impurity junction.
한편 최근에는 반도체 기판의 도핑 농도를 증가시키지 않고서도 채널 길이를 증가시켜 문턱 전압 감소를 줄일 수 있는 리세스 채널 MOSFET가 등장하게 되었다. 이러한 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법은 채널 영역이 되는 반도체 기판을 식각하여 리세스 영역을 형성하고 리세스 영역의 반도체 기판에 게이트 전극을 형성함으로써 수직 방향으로 채널 길이를 증가시켰다. 다시 말해서 수직으로 식각된 반도체 기판의 길이만큼 유효 채널 길이가 증가되기 때문에 채널 영역에 도핑 농도를 증가시키지 않고서도 쇼트 채널의 마아진 확보가 가능하므로 DRAM의 리프레스 또는 데이터 보유 시간 등의 특성 저하를 방지한다.Recently, recess channel MOSFETs have been introduced that can reduce the threshold voltage by increasing the channel length without increasing the doping concentration of the semiconductor substrate. In the method of manufacturing the recess channel MOSFET, the channel length is increased in the vertical direction by etching the semiconductor substrate serving as the channel region to form a recess region and forming a gate electrode on the semiconductor substrate of the recess region. In other words, since the effective channel length is increased by the length of the vertically etched semiconductor substrate, it is possible to secure the short channel without increasing the doping concentration in the channel region, thereby preventing degradation of characteristics such as the DRAM release or data retention time. do.
하지만 종래 기술에 의한 리세스 채널 MOSFET 제조 방법은 반도체 기판에 리세스 영역을 형성하기 위해서 사진 및 식각 공정이 필요하며, 리세스 영역의 반도체 기판내에 게이트 전극을 형성할 때에도 게이트 전극과 채널 사이의 얼라인을 정확하게 맞추어야만 한다. However, the conventional method of manufacturing a recess channel MOSFET requires a photolithography and an etching process to form a recess region in the semiconductor substrate, and even when the gate electrode is formed in the semiconductor substrate of the recess region, the gap between the gate electrode and the channel is lost. The phosphorus must be precisely aligned.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 식각 패턴의 측벽 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판을 식각해서 리세스 영역을 형성하고 스페이서를 제거한 후에 리세스 영역에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성함으로써 스페이서를 마스크로 이용하여 리세스 영역을 식각할 수 있으며 게이트 전극과 채널 사이의 얼라인을 용이하게 할 뿐만 아니라 게이트 전극의 식각 손상을 방지할 수 있는 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET 제조 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to form a recess region by etching a semiconductor substrate exposed by sidewall spacers of an etch pattern in order to solve the problems of the prior art as described above. By using a spacer as a mask, the recess region can be etched, and a method of fabricating a self-aligned recess channel MOSFET capable of facilitating alignment between the gate electrode and the channel and preventing etch damage of the gate electrode is provided. It is.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 리세스 채널의 MOSFET를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판 상부에 MOSFET의 채널 영역을 오픈하는 하드 마스크 및 버퍼막 패턴을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 측벽에 스페이서를 형성하고 하드 마스크 패턴 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판을 일정 깊이로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계와, 스페이서를 제거한 후에 상기 구조물 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 사이 및 리세스 영역에 도전막을 갭필하고 화학적기계적연마 공정을 진행하는 단계와, 게이트 절연막 일부와 하드 마스크 및 버퍼막을 제거하여 리세스 영역의 반도체 기판 상부에 식각된 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In accordance with an aspect of the present invention, a method of manufacturing a recess channel MOSFET includes: forming a hard mask and a buffer layer pattern on a semiconductor substrate to open a channel region of the MOSFET; Forming a recess on the pattern sidewalls of the hard mask and the buffer layer, and etching the semiconductor substrate exposed by the hard mask pattern and the spacer to a predetermined depth to form a recessed region; Performing a chemical mechanical polishing process by gap-filling a conductive film between the pattern of the hard mask and the buffer layer and in the recess region, and removing a portion of the gate insulating layer and the hard mask and the buffer layer to etch the upper portion of the recessed semiconductor substrate. Forming a gate insulating film and a gate electrode; It is done.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은 리세스 채널의 MOSFET를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판 상부에 MOSFET의 채널 영역을 오픈하는 하드 마스크 및 버퍼막 패턴을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 측벽에 스페이서를 형성하고 하드 마스크 패턴 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판을 일정 깊이로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계와, 상기 구조물 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 사이 및 리세스 영역에 도전막을 갭필하고 화학적기계적연마 공정을 진행하는 단계와, 게이트 절연막 일부와 스페이서와 하드 마스크 및 버퍼막을 제거하여 리세스 영역의 반도체 기판 상부에 식각된 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지며 게이트 전극 측벽 및 아래에 게이트 절연막이 형성된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a recess channel MOSFET, the method including forming a hard mask and a buffer layer pattern on the semiconductor substrate to open a channel region of the MOSFET; Forming a recessed region by forming a spacer on the sidewalls of the hard mask and the buffer layer and etching the semiconductor substrate exposed by the hard mask pattern and the spacer to a predetermined depth, forming a gate insulating layer on the entire surface of the structure; Gap-filling the conductive film between the hard mask and buffer layer patterns and in the recess region, and performing a chemical mechanical polishing process, and removing a portion of the gate insulating layer, the spacer, the hard mask and the buffer layer, and etching the gate over the semiconductor substrate in the recess region. And forming an insulating film and a gate electrode. Characterized in that byte having a side wall electrode and the gate insulating film below.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법은 리세스 채널의 MOSFET를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판 상부에 MOSFET의 채널 영역을 오픈하는 하드 마스크 및 버퍼막 패턴을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 측벽에 스페이서를 형성하고 하드 마스크 패턴 및 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판을 일정 깊이로 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계와, 상기 구조물 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 하드 마스크 및 버퍼막의 패턴 사이 및 리세스 영역에 도전막을 갭필하고 화학적기계적연마 공정을 진행하는 단계와, 게이트 절연막 및 스페이서 일부와 하드 마스크 및 버퍼막을 제거하여 리세스 영역의 반도체 기판 상부에 식각된 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하며 게이트 전극 측벽에 스페이서를 남기는 단계를 포함하여 이루어진다. In accordance with still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a recess channel MOSFET, including forming a hard mask and a buffer layer pattern on the semiconductor substrate to open a channel region of the MOSFET. Forming a recessed region by forming a spacer on the sidewalls of the hard mask and the buffer layer and etching the semiconductor substrate exposed by the hard mask pattern and the spacer to a predetermined depth, and forming a gate insulating layer on the entire surface of the structure; Gap-filling the conductive film between the hard mask and buffer pattern patterns and in the recess region, and performing a chemical mechanical polishing process, and removing a portion of the gate insulating layer and the spacer, the hard mask and the buffer layer, and etching the upper portion of the recessed semiconductor substrate. A gate insulating film and a gate electrode are formed, and the It comprises the step leaves the document.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위한 공정 순서도이다. 이들 도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널의 MOSFET 제조 방법은 다음과 같이 진행된다.1A to 1H are process flowcharts for sequentially explaining a method of manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET according to an embodiment of the present invention. Referring to these drawings, the MOSFET manufacturing method of the self-aligned recess channel according to the exemplary embodiment of the present invention proceeds as follows.
우선 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)으로서, 실리콘 기판 상부에 버퍼막(buffer layer)(12)으로서 실리콘산화막(SiO2)을 얇게 증착하고 그 위에 하드 마스크(hard mask)(14)로서 실리콘질화막(Si3N4)을 두껍게 증착한다.First, as shown in FIG. 1A, as a semiconductor substrate 10, a thin silicon oxide film SiO 2 is deposited as a buffer layer 12 on a silicon substrate and a hard mask 14 thereon. As a result, a thick silicon nitride film (Si3N4) is deposited.
그리고 하드 마스크(14) 상부에 포토레지스트를 도포하고 MOSFET의 채널 영역을 정의하는 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 포토레지스트 패턴(16)을 형성한다.Then, a photoresist is applied on the hard mask 14 and the photoresist pattern 16 is formed by performing an exposure and development process using a mask defining a channel region of the MOSFET.
도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(16)에 의해 오픈된 MOFET의 채널 영역에 대응하는 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)을 순차적으로 건식 식각하여 패터닝한다. 이로 인해 포토레지스트 패턴(16) 아래의 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12) 패턴이 형성된다.As shown in FIG. 1B, the hard mask 14 and the buffer layer 12 corresponding to the channel region of the MOFET opened by the photoresist pattern 16 are sequentially dry-etched and patterned. As a result, the hard mask 14 and the buffer film 12 pattern under the photoresist pattern 16 are formed.
그리고 도 1c에 도시된 바와 같이, 에싱(ashing) 공정으로 포토레지스트 패턴을 제거하면 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)의 패턴에 의해 MOSFET의 채널 영역에 해당하는 반도체 기판(10) 표면 드러나게 된다.As shown in FIG. 1C, when the photoresist pattern is removed by an ashing process, the surface of the semiconductor substrate 10 corresponding to the channel region of the MOSFET is exposed by the pattern of the hard mask 14 and the buffer layer 12. do.
도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 전면에 절연막으로서 실리콘산화막(SiO2)을 증착하고 이를 전면 식각(etch back) 공정으로 식각하여 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)의 패턴 측벽에 스페이서(spacer)(18)를 형성한다. 이때 스페이서(18)의 물질로 실리콘산화막 대신에 하드 마스크(14)에 대해 식각 선택성이 있는 다른 막, 예를 들어 폴리실리콘막으로 형성할 수 있으며 하드 마스크(14)와 동일한 물질로 형성할 수도 있다. 그리고 본 발명에서 스페이서(18)의 폭은 이후 반도체 기판에 형성될 MOSFET의 리세스 영역 크기에 맞추어 조정하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1D, a silicon oxide film (SiO 2) is deposited as an insulating film on the entire surface of the structure and etched by an etch back process to form a spacer on the pattern sidewalls of the hard mask 14 and the buffer film 12. spacer 18). In this case, the spacer 18 may be formed of another film having an etching selectivity with respect to the hard mask 14, for example, a polysilicon film, instead of the silicon oxide film, and may be formed of the same material as the hard mask 14. . In the present invention, the width of the spacer 18 is preferably adjusted according to the size of the recess region of the MOSFET to be formed on the semiconductor substrate.
계속해서 하드 마스크(14) 패턴 및 스페이서(18)를 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 반도체 기판(10)을 일정 깊이, 예를 들어 1000?? 만큼 식각한다. 이로 인해 스페이서(18)에 의해 노출된 반도체 기판(10)이 일정 깊이로 식각된 홈의 리세스 영역(20)이 형성된다.Subsequently, the dry etching process using the hard mask 14 pattern and the spacer 18 is performed to etch the semiconductor substrate 10 to a predetermined depth, for example, 1000 °. Etch as much as As a result, a recess region 20 of a groove in which the semiconductor substrate 10 exposed by the spacer 18 is etched to a predetermined depth is formed.
도 1e 및 도 1f에 도시된 바와 같이, 스페이서를 제거한 후에 상기 구조물 전면에 게이트 절연막(22)으로서 실리콘산화막(SiO2)을 얇게 증착한다.As shown in FIGS. 1E and 1F, after the spacers are removed, a thin silicon oxide film SiO 2 is deposited as the gate insulating film 22 on the entire surface of the structure.
도 1g에 도시된 바와 같이, 도전막으로서 도프트 폴리실리콘막(24)을 증착하여 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)의 패턴 사이 및 리세스 영역에 충분히 갭필(gap-fill)되도록 한다. 그리고 화학적기계적연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행하여 게이트 절연막(22) 표면이 드러날 때까지 도프트 폴리실리콘막(24)을 식각한다. 이로 인해 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)의 패턴 사이 및 리세스 영역에 갭필된 도프트 폴리실리콘막(24)의 게이트 전극이 형성된다.As shown in FIG. 1G, a doped polysilicon film 24 is deposited as a conductive film so as to sufficiently gap-fill between the patterns of the hard mask 14 and the buffer film 12 and between the recess regions. . Then, the chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to etch the doped polysilicon layer 24 until the surface of the gate insulating layer 22 is exposed. As a result, a gate electrode of the doped polysilicon film 24 gap-filled between the patterns of the hard mask 14 and the buffer film 12 and in the recess region is formed.
그리고나서 게이트 절연막(22) 일부와 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)의 건식 식각 공정을 진행하면 도 1h에 도시된 바와 같이, 리세스 영역의 반도체 기판(10) 상부에는 식각된 게이트 절연막(22a) 및 게이트 전극(24)만 순차 적층된다.Then, when the dry etching process of a portion of the gate insulating film 22, the hard mask 14 and the buffer film 12 is performed, as shown in Figure 1h, the gate insulating film etched on the semiconductor substrate 10 of the recess region Only 22a and the gate electrode 24 are sequentially stacked.
이후 도면에 도시하지는 않았지만 LDD 및 소오스/드레인 이온 주입 공정을 실시하여 게이트 전극(24)이 있는 리세스 영역의 반도체 기판(10) 측면에 LDD 및 소오스/드레인 접합 영역을 형성함으로써 셀프 얼라인드 리세스 채널 구조의 MOSFET를 완성한다. Subsequently, although not shown in the drawings, an LDD and source / drain ion implantation process is performed to form an LDD and source / drain junction region on the side of the semiconductor substrate 10 of the recess region in which the gate electrode 24 is provided. Complete the MOSFET of the channel structure.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위한 공정 순서도이다. 이들 도면들을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널의 MOSFET 제조 방법은 다음과 같이 진행된다.2A to 2G are process flowcharts for sequentially explaining a method of manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET according to another exemplary embodiment of the present invention. Referring to these drawings, a method of fabricating a MOSFET of a self-aligned recess channel according to another exemplary embodiment of the present invention proceeds as follows.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)으로서, 실리콘 기판 상부에 버퍼막(102)으로서 실리콘산화막(SiO2)을 얇게 증착하고 그 위에 하드 마스크(104)로서 실리콘질화막(Si3N4)을 두껍게 증착한다.As shown in FIG. 2A, as the semiconductor substrate 10, a thin silicon oxide film SiO 2 is deposited as a buffer film 102 on the silicon substrate, and a silicon nitride film Si 3 N 4 is thickly deposited as a hard mask 104 thereon. do.
그리고 하드 마스크(104) 상부에 포토레지스트를 도포하고 MOSFET의 채널 영역을 정의하는 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 포토레지스트 패턴(106)을 형성한다.The photoresist is applied on the hard mask 104 and the photoresist pattern 106 is formed by performing an exposure and development process using a mask defining a channel region of the MOSFET.
도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(106)에 의해 오픈된 MOFET의 채널 영역에 대응하는 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102)을 순차적으로 건식 식각하여 패터닝한다. 이로 인해 포토레지스트 패턴(106) 아래의 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102) 패턴이 형성된다.As shown in FIG. 2B, the hard mask 104 and the buffer film 102 corresponding to the channel region of the MOFET opened by the photoresist pattern 106 are sequentially dry-etched and patterned. As a result, the hard mask 104 and the buffer film 102 patterns under the photoresist pattern 106 are formed.
그리고 도 2c에 도시된 바와 같이, 에싱 공정으로 포토레지스트 패턴을 제거하면 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102)의 패턴에 의해 MOSFET의 채널 영역에 해당하는 반도체 기판(100) 표면 드러나게 된다.As shown in FIG. 2C, when the photoresist pattern is removed by an ashing process, the surface of the semiconductor substrate 100 corresponding to the channel region of the MOSFET is exposed by the patterns of the hard mask 104 and the buffer layer 102.
도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 전면에 절연막으로서 실리콘산화막(SiO2)을 증착하고 이를 전면 식각 공정으로 식각하여 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102)의 패턴 측벽에 스페이서(108)를 형성한다. 본 발명에서 스페이서(108)의 폭은 이후 반도체 기판에 형성될 MOSFET의 리세스 영역에 맞추어 조정하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2D, a silicon oxide film (SiO 2) is deposited as an insulating film on the entire surface of the structure and etched by an entire etching process to form spacers 108 on the pattern sidewalls of the hard mask 104 and the buffer film 102. do. In the present invention, the width of the spacer 108 is preferably adjusted to the recess region of the MOSFET to be formed on the semiconductor substrate.
계속해서 하드 마스크(104) 패턴 및 스페이서(108)를 이용한 건식 식각 공정을 진행하여 반도체 기판(100)을 일정 깊이, 예를 들어 1000?? 만큼 식각한다. 이로 인해 스페이서(108)에 의해 노출된 반도체 기판(100)이 일정 깊이로 식각된 홈의 리세스 영역(110)이 형성된다.Subsequently, the dry etching process using the hard mask 104 pattern and the spacer 108 is performed to etch the semiconductor substrate 100 to a certain depth, for example, 1000 °. Etch as much as As a result, the recess region 110 of the groove in which the semiconductor substrate 100 exposed by the spacer 108 is etched to a predetermined depth is formed.
이어서 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 전면에 게이트 절연막(112)으로서 실리콘산화막(SiO2)을 얇게 증착한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, a thin silicon oxide film (SiO 2) is deposited as the gate insulating layer 112 on the entire structure.
도 2f에 도시된 바와 같이, 도전막으로서 도프트 폴리실리콘막(24)을 증착하여 하드 마스크(14) 및 버퍼막(12)의 패턴 사이 및 리세스 영역에 충분히 갭필되도록 하고, 화학적기계적연마(CMP) 공정을 진행하여 게이트 절연막(112) 표면이 드러날 때까지 도프트 폴리실리콘막(114)을 식각한다. 이로 인해 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102)의 패턴 사이 및 리세스 영역에 갭필된 도프트 폴리실리콘막(114)의 게이트 전극이 형성된다.As shown in FIG. 2F, a doped polysilicon film 24 is deposited as a conductive film so as to sufficiently fill the gap between the patterns of the hard mask 14 and the buffer film 12 and between the recessed regions, and chemical mechanical polishing ( CMP) process is performed to etch the doped polysilicon film 114 until the surface of the gate insulating film 112 is exposed. As a result, a gate electrode of the doped polysilicon film 114 gap-filled between the patterns of the hard mask 104 and the buffer film 102 and in the recess region is formed.
그리고나서 게이트 전극(114)을 마스크로 하여 게이트 절연막(112) 일부와 스페이서(108)와 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102)의 건식 식각 공정을 진행한다. 그러면 도 2g에 도시된 바와 같이, 리세스 영역의 반도체 기판(100) 상부에 식각된 게이트 절연막(112a) 및 게이트 전극(114)이 적층된다. 이때 게이트 전극(114)의 측면에는 리세스 영역의 게이트 절연막(112a)이 수직으로 연장되어 형성된다.Thereafter, a portion of the gate insulating layer 112, the spacer 108, the hard mask 104, and the buffer layer 102 are subjected to dry etching using the gate electrode 114 as a mask. Then, as illustrated in FIG. 2G, the etched gate insulating layer 112a and the gate electrode 114 are stacked on the semiconductor substrate 100 in the recess region. In this case, the gate insulating layer 112a of the recess region is vertically formed on the side surface of the gate electrode 114.
이후 본 실시예에도 도면에 도시하지는 않았지만 LDD 및 소오스/드레인 이온 주입 공정을 실시하여 게이트 전극(114) 측면의 반도체 기판(100)에 LDD 및 소오스/드레인 접합 영역을 형성함으로써 셀프 얼라인드 리세스 채널 구조의 MOSFET를 완성한다.Next, although not shown in the drawings, a self-aligned recess channel is formed by forming an LDD and a source / drain junction region in the semiconductor substrate 100 on the side of the gate electrode 114 by performing an LDD and source / drain ion implantation process. Complete the MOSFET of structure.
본 발명의 다른 실시예에 따른 MOSFET는 게이트 전극(114) 측면에 있는 게이트 절연막(112a)을 제거하지 않기 때문에 게이트 전극(114)의 크기가 반도체 기판이 식각된 리세스 영역의 채널보다 작은 이너 게이트(inner gate) 전극 구조를 갖는다.Since the MOSFET according to another embodiment does not remove the gate insulating layer 112a at the side of the gate electrode 114, the inner gate having a smaller size than the channel of the recess region in which the semiconductor substrate is etched is formed. (inner gate) has an electrode structure.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법을 설명하기 위한 수직 단면도이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조 방법은 상술한 도 2f의 실시예에서 게이트 전극(114)을 마스크로 삼아 건식 식각 공정을 진행하여 게이트 절연막(112) 일부와 하드 마스크(104) 및 버퍼막(102)을 제거하면서 게이트 전극(114) 측벽에 스페이서(108a)가 일부 남아 있도록 한다.3 is a vertical cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET according to still another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in the manufacturing method according to another exemplary embodiment of the present invention, a dry etching process is performed using the gate electrode 114 as a mask in the above-described embodiment of FIG. 2F to form a portion of the gate insulating layer 112 and a hard mask ( The spacer 108a is partially left on the sidewalls of the gate electrode 114 while the 104 and the buffer layer 102 are removed.
그러므로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MOSFET는 리세스 채널 구조를 갖는 게이트 전극(114) 측벽에 게이트 절연막(112a) 및 스페이서(108a)가 남아 있어 게이트 전극(114)의 오프셋(offset)으로 사용할 수 있다.Therefore, in the MOSFET according to another embodiment of the present invention, the gate insulating layer 112a and the spacer 108a remain on the sidewall of the gate electrode 114 having the recess channel structure to be used as an offset of the gate electrode 114. Can be.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다. On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
이상 상술한 바와 같이 본 발명은, 식각 패턴의 측벽 스페이서에 의해 드러난 반도체 기판을 식각해서 리세스 영역을 형성하고 스페이서를 제거한 후에 리세스 영역에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성함으로써 스페이서를 마스크로 이용하여 리세스 영역을 식각할 수 있으며 게이트 전극과 채널 사이의 얼라인을 용이하게 할 뿐만 아니라 게이트 전극의 식각 손상을 방지할 수 있다.As described above, the present invention uses the spacer as a mask by etching the semiconductor substrate exposed by the sidewall spacer of the etch pattern to form a recessed region, and removing the spacer, forming a gate insulating film and a gate electrode in the recessed region. The recess region may be etched, and the alignment between the gate electrode and the channel may be easily facilitated, and the etching damage of the gate electrode may be prevented.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위한 공정 순서도,1A to 1H are process flowcharts for sequentially explaining a method of manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET according to an embodiment of the present invention;
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법을 순차적으로 설명하기 위한 공정 순서도,2A to 2G are process flowcharts for sequentially explaining a method of manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET according to another embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀프 얼라인드 리세스 채널 MOSFET의 제조 방법을 설명하기 위한 수직 단면도. 3 is a vertical cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a self-aligned recess channel MOSFET according to still another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 반도체 기판 12 : 버퍼막10 semiconductor substrate 12 buffer film
14 : 하드 마스크 16 : 포토레지스트 패턴14 Hard Mask 16 Photoresist Pattern
18 : 스페이서 20 : 리세스 영역18: spacer 20: recessed area
22, 22a : 게이트 절연막 24 : 게이트 전극 22, 22a: gate insulating film 24: gate electrode
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