KR20060093165A - Semiconductor device having a recessed channel and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

전기적 특성이 개선된 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 기판에 트렌치를 형성한 다음, 트렌치의 저면 및 내벽 상에 게이트 산화막을 형성한다. 게이트 산화막의 상부에 상기 트렌치의 내벽 상부를 감싸는 특성 개선 부재를 형성한 후, 트렌치를 매립하면서 기판 상부로 돌출되는 게이트 전극을 형성한다. 경사 이온 주입 공정으로 형성된 불순물 영역으로부터 유도되는 특성 개선 부재는 게이트 유발 드레인 누설 전류를 감소시키고 정적 회복 특성을 개선하는 등 반도체 장치의 특성을 크게 향상시킨다. Disclosed are a semiconductor device having a recessed channel with improved electrical characteristics and a method of manufacturing the same. After forming a trench in the substrate, a gate oxide film is formed on the bottom and inner walls of the trench. After forming a characteristic improving member that surrounds the upper portion of the inner wall of the trench on the gate oxide layer, a gate electrode protruding to the upper portion of the substrate while filling the trench is formed. The characteristic improving member derived from the impurity region formed by the gradient ion implantation process greatly improves the characteristics of the semiconductor device, such as reducing the gate induced drain leakage current and improving the static recovery characteristic.

Description

리세스된 채널을 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법{Semiconductor device having a recessed channel and Method of manufacturing the same}Semiconductor device having a recessed channel and Method of manufacturing the same

도 1a 및 도 1b는 종래의 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a conventional method of manufacturing a transistor having a recessed channel.

도 2는 본 발명에 따른 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a recessed channel according to the present invention.

도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recessed channel according to the present invention.

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

100:반도체 기판 103:제1 트렌치100: semiconductor substrate 103: first trench

105:소자 분리막 110:제1 층 105: device isolation layer 110: first layer

112:제1 층 패턴 120:제2 층 112: first layer pattern 120: second layer

122:제2 층 패턴 125:제1 마스크 패턴 122: second layer pattern 125: first mask pattern

127:식각된 제2 층 패턴 128:제2 마스크 패턴 127: Etched second layer pattern 128: Second mask pattern

130:포토레지스트 패턴 140:제2 트렌치 130: photoresist pattern 140: second trench

143:제1 불순물 영역 145:게이트 산화막 143: first impurity region 145: gate oxide film

147:예비 특성 개선 부재 150:특성 개선 부재 147: Preliminary characteristic improvement member 150: Characteristic improvement member

155:게이트 전극 160:게이트 마스크 155: gate electrode 160: gate mask

165. 170:소스/드레인 영역 175:게이트 스페이서 165. 170: source / drain region 175: gate spacer

180:층간 절연막 185:제1 패드 180: interlayer insulation film 185: first pad

190:제2 패드190: Second pad

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터를 구비하는 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a transistor having a recessed channel and a method of manufacturing the same.

반도체 메모리 장치가 고집적화에 따라 액티브 영역의 크기가 감소하게 되었고, 이러한 액티브 영역에 형성되는 트랜지스터의 채널 길이도 줄어들게 되었다. 일반적으로 트랜지스터의 채널 길이가 감소하면, 트랜지스터의 채널 영역에서의 전계나 전위에 미치는 소스/드레인의 영향이 현저해지는 데, 이러한 현상을 단채널 효과(short channel effect)라 한다. 상기 단채널 효과를 방지하면서 기판 상에 형성되는 소자의 성능을 극대화시키기 위한 방법의 하나로 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터가 개발되었다. 예를 들면, 대한민국 공개특허 제2002-0059817호에는 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터가 제시되어 있다. As the semiconductor memory device is highly integrated, the size of the active region is reduced, and the channel length of the transistor formed in the active region is also reduced. In general, when the channel length of a transistor decreases, the influence of the source / drain on the electric field or potential in the channel region of the transistor becomes remarkable. This phenomenon is called a short channel effect. A transistor having a recessed channel has been developed as one of methods for maximizing the performance of devices formed on a substrate while preventing the short channel effect. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0059817 discloses a transistor having a recessed channel.

도 1a 및 도 1b는 상기 대한민국 공개특허에 개시된 종래의 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor having a conventional recessed channel disclosed in the Korean Patent Application.

도 1a를 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 실리콘 질화물층(15) 및 실리콘 산 화물층(20)을 순차적으로 형성한 다음, 실리콘 질화물층(15) 및 실리콘 산화물층(20)을 식각 마스크로 이용하여 실리콘 기판(10)을 부분적으로 식각함으로써, 실리콘 기판(10)에 소정의 치수를 갖는 트렌치(25)를 형성한다.Referring to FIG. 1A, a silicon nitride layer 15 and a silicon oxide layer 20 are sequentially formed on a silicon substrate 10, and then the silicon nitride layer 15 and the silicon oxide layer 20 are etched masks. The silicon substrate 10 is partially etched using the trench to form a trench 25 having a predetermined dimension in the silicon substrate 10.

이어서, 채널 영역을 형성하기 위하여 실리콘 기판(10) 상에 트렌치(25)의 내부를 부분적으로 매립하는 폴리실리콘층(30)을 형성한다.Next, a polysilicon layer 30 is formed on the silicon substrate 10 to partially fill the inside of the trench 25 to form a channel region.

도 1b를 참조하면, 실리콘 기판(10)으로부터 실리콘 질화물층(15) 및 실리콘 산화물층(20)을 제거한 후, 트렌치(25)의 내벽 상에 희생층(도시되지 않음)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, after the silicon nitride layer 15 and the silicon oxide layer 20 are removed from the silicon substrate 10, a sacrificial layer (not shown) is formed on the inner wall of the trench 25.

계속하여, 상기 희생층을 통하여 트렌치(25)의 내벽에 접촉되는 실리콘 기판(10)에 불순물을 이온 주입함으로써, 트렌치(25)의 내벽에 인접하는 소스/드레인 영역(도시되지 않음)을 형성한다.Subsequently, an ion is implanted into the silicon substrate 10 in contact with the inner wall of the trench 25 through the sacrificial layer to form a source / drain region (not shown) adjacent to the inner wall of the trench 25. .

다음에, 트렌치(25)의 내벽 및 폴리실리콘층(30) 상에 게이트 산화막(35)을 형성한 후, 게이트 산화막(35) 상에 트렌치(25)를 매립하는 게이트 전극(도시되지 않음)을 형성한다.Next, after the gate oxide film 35 is formed on the inner wall of the trench 25 and the polysilicon layer 30, a gate electrode (not shown) for filling the trench 25 on the gate oxide film 35 is formed. Form.

그러나 상술한 상기 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터에 있어서, 게이트 전극의 N 접합 오버랩(gate to N junction overlap) 부위가 증가하기 때문에 게이트 전극과 드레인 영역 사이에 직접적인 터널링에 의한 게이트 유발 드레인 누설(Gate Induces Drain Leakage; GIDL) 전류가 증가하는 문제점이 있다. 특히, 리세스된 채널을 갖는 트랜지스터의 경우, 게이트 유발 드레인 누설(GIDL) 전류는 트랜지스터의 구조 상 도 1b의 'A'에 나타낸 바와 같이 전계가 집중되는 게이트 전극과 기판 이 접촉되는 부분에서 주로 발생한다. 이러한 게이트 유발 드레인 누설(GIDL) 전류는 리세스된 채널을 갖는 DRAM 장치와 같은 반도체 장치의 중요한 특성인 정적 회복 특성을 크게 열화시키는 문제를 야기한다. However, in the transistor having the recessed channel described above, the gate induced drain leakage due to direct tunneling between the gate electrode and the drain region is increased because the gate to N junction overlap region of the gate electrode is increased. Drain Leakage (GIDL) current has a problem that increases. In particular, in the case of a transistor having a recessed channel, a gate induced drain leakage (GIDL) current is mainly generated at a portion where the substrate is in contact with the gate electrode where the electric field is concentrated, as shown in 'A' of FIG. 1B. do. This gate induced drain leakage (GIDL) current causes a problem of greatly deteriorating the static recovery characteristic, which is an important characteristic of semiconductor devices such as DRAM devices having recessed channels.

본 발명의 제1 목적은 게이트 유발 드레인 누설 전류 및 정적 회복 특성 등과 같은 전기적인 특성이 개선된 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide a semiconductor device having a recessed channel with improved electrical characteristics such as gate induced drain leakage current and static recovery characteristics.

본 발명의 제2 목적은 반도체 장치의 게이트 유발 드레인 누설 전류 및 정적 회복 특성이 개선된 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치에 특히 적합한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which is particularly suitable for a semiconductor device having a recessed channel having improved gate induced drain leakage current and static recovery characteristics of the semiconductor device.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 기판에 부분적으로 매립되는 게이트 전극, 상기 매립된 부분의 게이트 전극 상에 형성된 게이트 산화막, 상기 게이트 전극이 상기 반도체 기판에 접촉되는 부분을 감싸는 특성 개선 부재, 그리고 상기 특성 개선 부재 및 상기 게이트 산화막에 인접하는 소스/드레인 영역을 포함하는 반도체 장치가 제공된다.In order to achieve the first object of the present invention described above, according to a preferred embodiment of the present invention, a gate electrode partially embedded in a semiconductor substrate, a gate oxide film formed on the gate electrode of the embedded portion, the gate electrode is There is provided a semiconductor device including a characteristic improving member surrounding a portion in contact with a semiconductor substrate, and a source / drain region adjacent to the characteristic improving member and the gate oxide film.

전술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판에 트렌치를 형성한 다음, 상기 트렌치의 저면 및 내벽 상에 게이트 산화막을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 산화막의 상부에 상기 트렌치의 내벽 상부를 감싸는 특성 개선 부재를 형성한 후, 상기 트렌치를 매립하면서 상기 반도체 기판 상부로 돌출되는 게이트 전극을 형성한다. 다음에, 상기 게이트 전극에 인접하는 소스/드레인 영역을 형성한다. 여기서, 상기 반도체 기판 상에 제1 마스크 패턴을 형성한 후, 상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판을 부분적으로 식각함으로써 상기 트렌치를 형성한다. 상기 특성 개선 부재를 형성하는 단계에 있어서, 상기 제1 마스크 패턴을 부분적으로 식각하여 제2 마스크 패턴을 형성하고, 상기 제2 마스크 패턴을 이온 주입 마스크로 이용하여 상기 트렌치의 내벽 상부 주변의 상기 반도체 기판에 불순물을 경사 이온 주입하여 불순물 영역을 형성한다. 계속하여, 상기 제2 마스크 패턴을 제거하고, 상기 트렌치의 저면 및 내벽과 상기 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하면서 상기 불순물 영역에 예비 특성 개선 부재를 형성한 다음, 상기 반도체 기판 상의 게이트 산화막 및 상기 예비 특성 개선 부재의 상부를 제거한다.In order to achieve the above-described second object of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention, a trench is formed in a semiconductor substrate, and then a gate oxide film is formed on the bottom and inner walls of the trench. do. Subsequently, after forming a characteristic improving member enclosing an upper portion of the inner wall of the trench on the gate oxide layer, a gate electrode protruding above the semiconductor substrate is formed while filling the trench. Next, a source / drain region adjacent to the gate electrode is formed. Here, after forming a first mask pattern on the semiconductor substrate, the trench is formed by partially etching the semiconductor substrate using the first mask pattern as an etching mask. In the forming of the characteristic improving member, the first mask pattern is partially etched to form a second mask pattern, and the semiconductor is formed around the upper portion of the inner wall of the trench by using the second mask pattern as an ion implantation mask. Impurity regions are implanted by impurity implantation into the substrate. Subsequently, the second mask pattern is removed, a preliminary characteristic improving member is formed in the impurity region while forming a gate oxide film on the bottom and inner walls of the trench and the semiconductor substrate, and then the gate oxide film and the substrate on the semiconductor substrate. The upper part of the preliminary property improving member is removed.

본 발명에 따르면, 기판에 부분적으로 매립되는 게이트 전극이 기판에 접촉되는 부분을 중심으로 게이트 전극을 감싸는 특성 개선 부재를 형성함으로써, 게이트 전극이 기판에 접촉되는 부분에 전계가 집중됨으로써 발생하는 게이트 유발 드레인 누설(GIDL) 전류를 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 매립 구조의 게이트 전극 주변에 특성 개선 부재가 형성되기 때문에 게이트 전극에 높은 전압이 인가되더라도 게이트 전극 주변의 기판에서 절연 파괴 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 게이트 산화막을 형성하는 공정 동안 함께 특성 개선 부재를 형성하기 때문에 특성 개선 부재를 형성하기 위한 별도의 추가적인 공정이 요구되지 않는다. 따라서, 이러한 게이트 전극 및 특성 개선 부재를 구비하는 반도체 장치의 정적 회 복 특성 및 누설 전류 특성과 같은 전기적 특성을 크게 개선할 수 있다. According to the present invention, by forming a characteristic improving member that surrounds the gate electrode centered around the part where the gate electrode partially embedded in the substrate is in contact with the substrate, causing the gate caused by the concentration of an electric field in the part where the gate electrode is in contact with the substrate Drain leakage (GIDL) current can be significantly reduced. In addition, since the characteristic improving member is formed around the gate electrode of the buried structure, it is possible to prevent the occurrence of dielectric breakdown in the substrate around the gate electrode even when a high voltage is applied to the gate electrode. Furthermore, since the characteristic improving member is formed together during the process of forming the gate oxide film, an additional additional process for forming the characteristic improving member is not required. Therefore, electrical characteristics such as static recovery characteristics and leakage current characteristics of a semiconductor device having such a gate electrode and a characteristic improving member can be greatly improved.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the following embodiments.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치의 단면도를 도시한 것이다.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a recessed channel according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 반도체 장치는 반도체 기판(100)의 액티브 영역에 부분적으로 매립되는 게이트 전극(155), 게이트 전극(155) 상에 형성된 게이트 마스크(160), 게이트 전극(155)에 인접하는 소스/드레인 영역(165, 170), 게이트 마스크(160) 및 게이트 전극(155)을 덮는 게이트 스페이서(175), 반도체 기판(100)에 매립된 게이트 전극(155)을 감싸는 게이트 산화막(145), 그리고 게이트 산화막(145) 상부의 반도체 기판(100)에 매립되어 게이트 전극(155) 가운데 반도체 기판(100)에 접촉되는 부분을 감싸는 특성 개선 부재(150)를 포함한다. 여기서, 게이트 전극(155), 게이트 마스크(160) 및 게이트 스페이서(175)는 함께 게이트 구조물을 구성한다.Referring to FIG. 2, the semiconductor device is adjacent to a gate electrode 155 partially filled in an active region of the semiconductor substrate 100, a gate mask 160 formed on the gate electrode 155, and a gate electrode 155. A gate spacer 175 covering the source / drain regions 165 and 170, the gate mask 160 and the gate electrode 155, and a gate oxide layer 145 surrounding the gate electrode 155 embedded in the semiconductor substrate 100. And a characteristic improving member 150 embedded in the semiconductor substrate 100 on the gate oxide layer 145 to surround a portion of the gate electrode 155 which contacts the semiconductor substrate 100. Here, the gate electrode 155, the gate mask 160, and the gate spacer 175 together form a gate structure.

반도체 기판(100)에는 소자 분리막(105)이 형성되어, 반도체 기판(100)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분한다. 게이트 전극(155)은 대체로 중앙부 및 하부가 반도체 기판(100)의 상기 액티브 영역에 매립되는 리세스된 구조(recessed structure)를 갖는다. 상기 액티브 영역 가운데 게이트 전극(155)에 인접하는 부분들에는 각기 소스/드레인 영역(165, 170)이 형성된다. 이 경우, 소스/드레인 영역(165, 170)의 깊이는 반도체 기판(100)에 매립되는 게이트 전극(155)의 깊이 보다 얕게 형성된다.An isolation layer 105 is formed on the semiconductor substrate 100 to divide the semiconductor substrate 100 into an active region and a field region. The gate electrode 155 generally has a recessed structure in which a center portion and a bottom portion are buried in the active region of the semiconductor substrate 100. Source / drain regions 165 and 170 are formed in portions of the active region adjacent to the gate electrode 155, respectively. In this case, the depth of the source / drain regions 165 and 170 is formed to be shallower than the depth of the gate electrode 155 embedded in the semiconductor substrate 100.

반도체 기판(100)에 매립되는 게이트 전극(155) 상에는 게이트 산화막(145)이 형성된다. 즉, 게이트 산화막(145)은 소스/드레인 영역(165, 170)과 게이트 전극(155) 사이에 형성된다. 이에 따라, 소스/드레인 영역(165, 170) 아래에 위치하는 게이트 전극(155)의 주변의 액티브 영역에 채널 영역이 형성된다. 다시 말하면, 리세스된 구조를 갖는 게이트 전극(155)에 따라 상기 채널 영역도 반도체 기판(100)의 표면으로부터 게이트 전극(155)의 깊이만큼 소정의 깊이로 리세스되어 형성된다.A gate oxide film 145 is formed on the gate electrode 155 embedded in the semiconductor substrate 100. That is, the gate oxide layer 145 is formed between the source / drain regions 165 and 170 and the gate electrode 155. Accordingly, the channel region is formed in the active region around the gate electrode 155 positioned under the source / drain regions 165 and 170. In other words, according to the gate electrode 155 having the recessed structure, the channel region is also recessed to a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 100 by the depth of the gate electrode 155.

게이트 전극(155)이 반도체 기판(100)에 접촉되는 부분의 반도체 기판(100)에는 특성 개선 부재(150)가 게이트 전극(155)을 감싸도록 형성된다. 특성 개선 부재(150)는 게이트 산화막(145)의 상부와 반도체 기판(100)의 표면 영역 사이에 위치하여, 게이트 전극(155)으로부터 전류가 누설되는 현상을 방지한다. 리세스된 게이트 전극을 구비하는 종래의 반도체 장치에 있어서, 전술한 바와 같이 반도체 기판의 표면과 게이트 전극이 접촉되는 부분에 전계가 집중되어 게이트 전극으로부터 누설 전류가 발생하게 된다. 이에 비하여, 본 발명에 따르면 특성 개선 부재(150)가 반도체 기판(100)에 접촉되는 부분의 게이트 전극(155)을 감싸도록 형성되기 때문에 게이트 전극(155)으로부터 누설 전류가 발생하는 현상을 원천적으로 차단할 수 있는 동시에 게이트 전극(155)에 높은 전압이 인가되더라도 게이트 전극(155) 주변에서 절연 파괴 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 전기적 특성을 크게 개선할 수 있다.In the semiconductor substrate 100 at a portion where the gate electrode 155 is in contact with the semiconductor substrate 100, a characteristic improving member 150 is formed to surround the gate electrode 155. The characteristic improving member 150 is positioned between the upper portion of the gate oxide film 145 and the surface region of the semiconductor substrate 100 to prevent a current from leaking from the gate electrode 155. In a conventional semiconductor device having a recessed gate electrode, as described above, an electric field is concentrated at a portion where the surface of the semiconductor substrate is in contact with the gate electrode, so that a leakage current is generated from the gate electrode. On the other hand, according to the present invention, since the characteristic improving member 150 is formed to surround the gate electrode 155 in a portion in contact with the semiconductor substrate 100, the phenomenon that leakage current is generated from the gate electrode 155 is fundamentally prevented. In addition, even when a high voltage is applied to the gate electrode 155, an insulation breakdown phenomenon may be prevented from occurring around the gate electrode 155. Accordingly, the electrical characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.

상기 액티브 영역에 형성된 소소/드레인 영역(165, 170) 상에는 각기 제1 및 제2 패드(185, 190)가 형성된다. 제1 및 제2 패드(185, 190)는 상기 게이트 구조물 상에 형성된 층간 절연막(180)을 관통하여 형성된다.First and second pads 185 and 190 are formed on the source / drain regions 165 and 170 formed in the active region, respectively. The first and second pads 185 and 190 are formed through the interlayer insulating layer 180 formed on the gate structure.

도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 리세스된 채널을 갖는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 3a 내지 도 3h에 있어서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용한다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recessed channel according to an embodiment of the present invention. 3A to 3H, the same reference numerals are used for the same members as in FIG.

도 3a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(100)에 소자 분리 공정(isolation process)을 이용하여 기판(100)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분하기 위하여 제1 깊이를 갖는 제1 트렌치(103)를 형성한다. 예를 들면, 제1 트렌치(103)는 쉘로우 트렌치 소자 분리(STI) 공정을 이용하여 반도체 기판(100)을 부분적으로 식각함으로써 형성된다. 구체적으로는, 실리콘의 식각을 위한 식각 가스를 사용하는 건식 식각 공정을 통하여 반도체 기판(100)의 소정 부분을 식각하여, 반도체 기판(100)에 제1 트렌치(103)를 형성한다. 이어서, 제1 트렌치(103)를 채우면서 반도체 기판(100) 상에 제1 산화막(도시되지 않음)을 형성한 다음, 상기 제1 산화막을 부분적으로 제거하여 제1 트렌치(103)를 매립하는 소자 분리막(105)을 형성한다. 소자 분리막(105)은 화학 기계적 연마(CMP) 공정, 에치 백 공정 또는 화학 기계적 연마와 에치 백을 조합한 공정을 이용하여 형성된다.Referring to FIG. 3A, a first trench 103 having a first depth is used to divide the substrate 100 into an active region and a field region by using an isolation process in a semiconductor substrate 100 such as a silicon wafer. ). For example, the first trench 103 is formed by partially etching the semiconductor substrate 100 using a shallow trench element isolation (STI) process. Specifically, the first trench 103 is formed in the semiconductor substrate 100 by etching a predetermined portion of the semiconductor substrate 100 through a dry etching process using an etching gas for etching silicon. Subsequently, a first oxide film (not shown) is formed on the semiconductor substrate 100 while filling the first trench 103, and then the first oxide film is partially removed to fill the first trench 103. The separator 105 is formed. The device isolation film 105 is formed using a chemical mechanical polishing (CMP) process, an etch back process, or a process combining chemical mechanical polishing and etch back.

제1 트렌치(103)를 채우는 소자 분리막(105)이 형성되면, 반도체 기판(100)에는 상기 액티브 영역 및 필드 영역이 정의된다.When the device isolation layer 105 is formed to fill the first trench 103, the active region and the field region are defined in the semiconductor substrate 100.

소자 분리막(105)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1 층(110) 및 제2 층 (120)으로 이루어진 마스크층(123)을 형성한다. 제1 층(110)은 중온 산화물(MTO)과 같은 산화물로 이루어지며, 제2 층(120)은 실리콘 산화질화물과 같은 산질화물 내지 실리콘 질화물과 같은 질화물로 구성된다. 여기서, 제1 층(110)은 제2 층(120)에 비하여 상대적으로 얇은 두께로 형성된다. 마스크층(123)은 후에 제2 트렌치들(140)(도 3c 참조)을 형성하기 위한 식각 공정시 식각 마스크의 역할을 수행한다.The mask layer 123 including the first layer 110 and the second layer 120 is formed on the semiconductor substrate 100 on which the device isolation layer 105 is formed. The first layer 110 is made of an oxide such as medium temperature oxide (MTO), and the second layer 120 is made of an oxynitride such as silicon oxynitride or a nitride such as silicon nitride. Here, the first layer 110 is formed to a relatively thin thickness than the second layer 120. The mask layer 123 may serve as an etching mask during an etching process for forming the second trenches 140 (see FIG. 3C).

도 3b를 참조하면, 마스크층(123) 상에 포토레지스트 막을 도포한 다음, 상기 포토레지스트 막을 노광 및 현상하여 마스크층(123) 상에 제2 트렌치들(140)이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다. 이 경우, 제2 트렌치들(140)은 상기 액티브 영역에 형성된다.Referring to FIG. 3B, a photoresist film is coated on the mask layer 123, and then the photoresist film is exposed and developed to define a region in which the second trenches 140 are to be formed on the mask layer 123. The resist pattern 130 is formed. In this case, the second trenches 140 are formed in the active region.

포토레지스트 패턴(130)을 식각 마스크로 이용하여 마스크층(123)을 식각함으로써, 반도체 기판(100) 상에 제1 마스크 패턴(125)을 형성한다. 보다 상세하게는, 포토레지스트 패턴(130)을 식각 마스크로 이용하여, 제2 층(120) 및 제1 층(110)을 순차적으로 식각함으로써, 반도체 기판(100) 상에 제1 층 패턴(112) 및 제2 층 패턴(122)을 포함하는 제1 마스크 패턴(125)을 형성한다. 여기서, 제1 마스크 패턴(125)은 상기 액티브 영역 가운데 제2 트렌치들(140)이 형성될 부분들을 노출시킨다.The first mask pattern 125 is formed on the semiconductor substrate 100 by etching the mask layer 123 using the photoresist pattern 130 as an etching mask. In more detail, the second layer 120 and the first layer 110 are sequentially etched using the photoresist pattern 130 as an etching mask, thereby forming the first layer pattern 112 on the semiconductor substrate 100. ) And a first mask pattern 125 including the second layer pattern 122. Here, the first mask pattern 125 exposes portions of the active region where the second trenches 140 are to be formed.

도 3c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(130)을 애싱 및/또는 스트립 공정을 통하여 제거한 다음, 제1 마스크 패턴(125)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)을 부분적으로 식각함으로써, 상기 액티브 영역에 제2 깊이를 갖는 제2 트렌치(140)들을 형성한다. 바람직하게는, 제2 트렌치들(140)은 실리콘의 식각을 위한 건식 식각 공정으로 식각된다. 여기서, 제2 트렌치(140)의 제2 깊이는 제1 트렌치(103)의 제1 깊이에 비하여 상대적으로 작은 값을 가진다. 예를 들면, 제2 트렌치(140)는 약 1,500∼2,000Å 정도의 제2 깊이를 가진다.Referring to FIG. 3C, the photoresist pattern 130 is removed through an ashing and / or strip process, and then the semiconductor substrate 100 is partially etched using the first mask pattern 125 as an etch mask, thereby forming the active layer. Form second trenches 140 having a second depth in the region. Preferably, the second trenches 140 are etched by a dry etching process for etching silicon. Here, the second depth of the second trench 140 has a relatively smaller value than the first depth of the first trench 103. For example, the second trench 140 has a second depth of about 1,500 to 2,000 mm 3.

상기 액티브 영역에 제2 트렌치들(140)을 형성하는 식각 공정 동안, 제1 마스크 패턴(125)의 제2 층 패턴(127)도 부분적으로 식각된다. 이에 따라, 상기 액티브 영역에 제2 트렌치들(140)이 형성되면, 반도체 기판(100) 상에는 제1 층 패턴(112) 및 식각된 제2 층 패턴(127)을 포함하는 제2 마스크 패턴(128)이 형성된다. 이 경우, 제2 마스크 패턴(128)의 두께(t)는 제2 트렌치(140)의 폭(w)의 약 1∼1.5배 정도가 된다. 즉, 제2 트렌치(140)의 폭(w)에 대한 제2 마스크 패턴(128)의 두께(t)의 비는 약 1:1.0∼1.5 정도가 된다. 이러한 제2 트렌치(140)의 폭(w)과 제2 마스크 패턴(128)의 두께(t)의 관계에 대해서는 후술한다.During the etching process of forming the second trenches 140 in the active region, the second layer pattern 127 of the first mask pattern 125 is also partially etched. Accordingly, when the second trenches 140 are formed in the active region, the second mask pattern 128 including the first layer pattern 112 and the etched second layer pattern 127 on the semiconductor substrate 100. ) Is formed. In this case, the thickness t of the second mask pattern 128 is about 1 to 1.5 times the width w of the second trench 140. That is, the ratio of the thickness t of the second mask pattern 128 to the width w of the second trench 140 is about 1: 1.0 to about 1.5. The relationship between the width w of the second trench 140 and the thickness t of the second mask pattern 128 will be described later.

도 3d를 참조하면, 제1 이온 주입 공정을 통하여 제2 트렌치(140)의 측벽 상부를 형성하는 상기 액티브 영역에 제1 불순물을 주입하여 제1 불순물 영역(143)을 형성한다. 구체적으로는, 제2 마스크 패턴(128)을 이온 주입 마스크로 이용하여, 반도체 기판(100)에 대하여 약 20∼50ㅀ 정도의 각도로 상기 제1 불순물을 주입하여 상기 액티브 영역에 제1 불순물 농도를 갖는 제1 불순물 영역(143)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 불순물은 질소(N), 인(P), 비소(As) 또는 불소(F)를 포함하며, 약 1∼10keV 정도의 에너지로 주입된다. 따라서, 제1 불순물 영역(143)의 제1 불순물 농도는 약 1.0×1013∼1.0×1015 atoms/㎠ 정도가 된다.Referring to FIG. 3D, a first impurity region 143 is formed by implanting a first impurity into the active region forming an upper portion of the sidewall of the second trench 140 through a first ion implantation process. Specifically, using the second mask pattern 128 as an ion implantation mask, the first impurity is implanted at an angle of about 20 to about 50 microns with respect to the semiconductor substrate 100, and the first impurity concentration in the active region is obtained. A first impurity region 143 having a portion is formed. Here, the first impurity includes nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), or fluorine (F), and is injected at an energy of about 1 to 10 keV. Therefore, the first impurity concentration of the first impurity region 143 is about 1.0 × 10 13 to 1.0 × 10 15 atoms / cm 2.

제1 불순물 영역(143)을 형성하기 위한 상기 제1 이온 주입 공정에 있어서, 제2 마스크 패턴(128)의 두께(t)가 제2 트렌치(140)의 폭(w) 보다 약 1∼1.5배 정도 크기 때문에 제1 불순물은 반도체 기판(100)에 대하여 약 20∼50ㅀ 정도의 각도로 경사 주입된다. 즉, 제2 마스크 패턴(128)의 두께(t)를 조절함으로써, 상기 제1 불순물이 상기 액티브 영역에 주입되는 각도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 후속 하여 채널이 형성될 부분의 액티브 영역에는 상기 제1 불순물이 주입되지 않음으로써, 제1 마스크 패턴(128) 아래의 상기 액티브 영역에만 제1 불순물 농도를 갖는 제1 불순물 영역(143)을 정확하게 형성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제1 불순물 영역(143)은 제2 트렌치(140)의 내벽 상부를 감싸는 특성 개선 부재(150)의 형성을 유도하는 역할을 한다.In the first ion implantation process for forming the first impurity region 143, the thickness t of the second mask pattern 128 is about 1 to 1.5 times greater than the width w of the second trench 140. The first impurity is inclinedly injected at an angle of about 20 to about 50 microns with respect to the semiconductor substrate 100 because of its magnitude. That is, by adjusting the thickness t of the second mask pattern 128, the angle at which the first impurity is injected into the active region may be adjusted. Accordingly, the first impurity region 143 has a first impurity concentration only in the active region under the first mask pattern 128 by not implanting the first impurity into the active region of the portion where the channel is to be subsequently formed. Can be formed accurately. As described later, the first impurity region 143 serves to induce the formation of the characteristic improving member 150 surrounding the upper portion of the inner wall of the second trench 140.

도 3e를 참조하면, 전술한 바와 같이 제2 트렌치(140)의 상부에 인접하는 제1 불순물 영역(143)을 형성한 다음, 세정 공정을 통하여 제2 트렌치들(140)을 식각하는 동안 제2 트렌치들(140) 상단의 주변부에 형성된 실리콘 펜스(silicon fence)와 소자 분리막(105) 및/또는 기판(100) 모서리의 날카로운 부분을 제거한다. 여기서, 실리콘 펜스라 함은 반도체 기판(100)을 식각하여 제2 트렌치들(140)을 형성하는 동안 제2 트렌치들(140)의 상부 주변에 반도체 기판(100)의 일부가 날카로운 형상으로 돌출되는 것을 말한다. 상기 세정 공정은 SC-1(Standard Cleaning-1) 용액을 사용하여 수행된다. 이러한 SC-1 용액을 사용하여 세정 공정을 수행하면, 제2 마스크 패턴(128)의 식각된 제2 층 패턴(127)이 제거되는 동시에 제1 층 패턴(112)도 부분적으로 제거된다.Referring to FIG. 3E, as described above, the first impurity region 143 adjacent to the upper portion of the second trench 140 is formed, and then the second trenches 140 are etched through the cleaning process. The edges of the silicon fences and the device isolation layer 105 and / or the substrate 100 formed at the periphery of the upper portions of the trenches 140 are removed. Here, the silicon fence is a portion of the semiconductor substrate 100 protruding in a sharp shape around the upper portion of the second trenches 140 while etching the semiconductor substrate 100 to form the second trenches 140. Say that. The cleaning process is carried out using a SC-1 (Standard Cleaning-1) solution. When the cleaning process is performed using the SC-1 solution, the etched second layer pattern 127 of the second mask pattern 128 is removed and the first layer pattern 112 is also partially removed.

반도체 기판(100) 상에 잔류하는 제1층 패턴(112)을 식각 공정을 통하여 완전히 제거한 다음, 열산화 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 이용하여 상기 액티브 영역 상에 게이트 산화막(145)을 형성한다. 게이트 산화막(145)은 제2 트렌치들(140)의 저면과 내벽 및 상기 액티브 영역의 표면상에 형성된다. 이 때, 상기 제1 불순물이 도핑된 제1 불순물 영역(143)은 기판(100)의 다른 부분보다 빠르게 산화되어 게이트 산화막(145) 보다 두꺼운 예비 특성 개선 부재(147)를 형성한다. After the first layer pattern 112 remaining on the semiconductor substrate 100 is completely removed through an etching process, a gate oxide layer 145 is formed on the active region using a thermal oxidation process or a chemical vapor deposition process. The gate oxide layer 145 is formed on the bottom and inner walls of the second trenches 140 and the surface of the active region. At this time, the first impurity region 143 doped with the first impurity is oxidized faster than other portions of the substrate 100 to form a preliminary characteristic improving member 147 thicker than the gate oxide layer 145.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열산화 공정을 이용하여 반도체 기판(100)을 산화시켜 액티브 영역에 게이트 산화막(145)을 형성하는 동안, 상기 제1 불순물이 도핑된 제1 불순물 영역(143)이 실리콘만을 함유하는 기판(100)의 다른 부분에 비하여 빠른 속도로 산화되기 때문에, 제2 트렌치들(140)의 내벽 상부에는 게이트 산화막(145) 보다 두꺼운 두께를 갖는 예비 특성 개선 부재(147)가 형성된다. 이 경우, 제1 불순물 영역(143)은 예비 특성 개선 부재(147)의 형성을 유도하게 된다.According to an embodiment of the present invention, the first impurity region 143 doped with the first impurity is formed while the semiconductor substrate 100 is oxidized using the thermal oxidation process to form the gate oxide layer 145 in the active region. ) Is oxidized at a faster rate than other portions of the substrate 100 containing only silicon, so that the preliminary characteristic improving member 147 having a thickness thicker than the gate oxide layer 145 is formed on the inner walls of the second trenches 140. Is formed. In this case, the first impurity region 143 induces formation of the preliminary characteristic improving member 147.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 불순물 영역(143)을 형성하지 않고, 상기 액티브 영역 상에 게이트 산화막(145)을 먼저 형성한 후, 화학 기상 증착 공정, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정을 통하여 제2 트렌치들(140)의 내벽 상부에 예비 특성 개선 부재(147)를 형성할 수 있다. 이 경우, 게이트 절연막(145) 및 예비 특성 개선 부재(147)는 실리콘 산화물, 실리콘 산화질화물 또는 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 알루미늄 산화물 내지 하프늄 산화물과 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the gate oxide film 145 is first formed on the active region without forming the first impurity region 143, and then a chemical vapor deposition process, a high density plasma chemical vapor deposition process, and a plasma are formed. The preliminary characteristic improving member 147 may be formed on the inner wall of the second trenches 140 through an enhanced chemical vapor deposition process or an atomic layer deposition process. In this case, the gate insulating layer 145 and the preliminary characteristic improving member 147 may be made of a metal oxide such as silicon oxide, silicon oxynitride or tantalum oxide, titanium oxide, aluminum oxide or hafnium oxide.

도 3f를 참조하면, 제2 트렌치들(140)의 내벽 및 저면 상에 위치하는 게이트 산화막(145)을 제외한 상기 액티브 영역 상에 형성된 게이트 산화막(145)을 제거한다. 이 경우, 게이트 산화막(145)은 습식 식각 공정, 건식 식각 공정, 화학 기계적 연마 공정, 또는 에치 백 공정을 이용하여 부분적으로 제거한다.Referring to FIG. 3F, the gate oxide layer 145 formed on the active region except for the gate oxide layer 145 positioned on the inner wall and the bottom of the second trenches 140 is removed. In this case, the gate oxide film 145 is partially removed using a wet etching process, a dry etching process, a chemical mechanical polishing process, or an etch back process.

상기 액티브 영역 표면상의 게이트 산화막(145)이 제거되는 동안, 예비 특성 개선 부재(147)의 상부도 부분적으로 제거됨으로써, 제2 트렌치들(140)의 측벽 상부를 감싸는 특성 개선 부재(150)를 완성한다.While the gate oxide layer 145 on the surface of the active region is removed, the upper part of the preliminary characteristic improving member 147 is partially removed, thereby completing the characteristic improving member 150 surrounding the upper sidewalls of the second trenches 140. do.

도 3g를 참조하면, 제2 트렌치들(140)을 채우면서 반도체 기판(100) 상에 게이트 도전막 및 게이트 마스크층을 순차적으로 형성한 다음, 사진 식각 공정을 이용하여 상기 게이트 마스크층 및 게이트 도전막을 차례로 식각함으로써, 하부가 제2 트렌치(140)에 매립되는 게이트 전극(155)을 형성하는 동시에 게이트 전극(155) 상에 게이트 마스크(160)를 형성한다. 게이트 전극(155)은 도핑된 폴리실리콘, 도전성 금속 질화물 또는 금속과 같은 도전성 물질로 구성된다. 또한, 게이트 전극(155)은 상기 도전성 물질 및 금속 실리사이드를 포함하는 폴리사이드 구조물 가질 수 있다. 한편, 게이트 마스크(160)는 실리콘 질화물과 같은 질화물이나 실리콘 산질화물 등의 산질화물을 사용하여 형성된다.Referring to FIG. 3G, a gate conductive layer and a gate mask layer are sequentially formed on the semiconductor substrate 100 while filling the second trenches 140, and then using the photolithography process, the gate mask layer and the gate conductive layer are formed. By sequentially etching the film, the gate electrode 155 having the lower portion embedded in the second trench 140 is formed, and the gate mask 160 is formed on the gate electrode 155. The gate electrode 155 is made of a conductive material such as doped polysilicon, conductive metal nitride or metal. In addition, the gate electrode 155 may have a polyside structure including the conductive material and the metal silicide. On the other hand, the gate mask 160 is formed using a nitride such as silicon nitride or an oxynitride such as silicon oxynitride.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 게이트 마스크층을 먼저 패터닝하여 상기 게이트 도전막 상에 게이트 마스크(160)를 형성한 다음, 게이트 마스크(160)를 식각 마스크로 이용하여, 상기 게이트 도전막을 식각함으로써, 제2 트렌치(140)에 부분적으로 매립되는 게이트 전극(155)을 형성할 수 있다.According to another exemplary embodiment, the gate mask layer is first patterned to form a gate mask 160 on the gate conductive layer, and then the gate conductive layer is etched using the gate mask 160 as an etching mask. As a result, the gate electrode 155 partially embedded in the second trench 140 may be formed.

도 3h를 참조하면, 게이트 전극(155) 및 게이트 마스크(160)를 이온 주입 마스크로 이용하는 제2 이온 주입 공정을 통하여 게이트 전극(155) 사이로 노출되는 반도체 기판(100)에 제2 불순물 농도를 갖는 제2 불순물을 주입하고 열처리 공정을 수행함으로써, 제2 불순물 영역인 소스/드레인 영역(165, 170)을 형성한다. 여기서, 소스/드레인 영역(165, 170)의 제2 불순물 농도는 제1 불순물 영역(143)의 제1 불순물 농도 보다 높게 형성된다. 예를 들면, 상기 제2 불순물 영역인 소스/드레인 영역(165, 170)은 약 1.0×1015∼1.0×1017 atoms/㎠ 정도의 제2 불순물 농도를 가진다.Referring to FIG. 3H, the semiconductor substrate 100 exposed between the gate electrodes 155 may have a second impurity concentration through a second ion implantation process using the gate electrode 155 and the gate mask 160 as an ion implantation mask. By implanting the second impurity and performing a heat treatment process, source / drain regions 165 and 170 which are second impurity regions are formed. Here, the second impurity concentration of the source / drain regions 165 and 170 is higher than the first impurity concentration of the first impurity region 143. For example, the source / drain regions 165 and 170 which are the second impurity regions have a second impurity concentration of about 1.0 × 10 15 to 1.0 × 10 17 atoms / cm 2.

게이트 마스크(160)를 덮으면서 반도체 기판(100) 상에 절연막을 형성한 후, 상기 절연막을 식각하여 게이트 마스크(160) 및 게이트 전극(155)을 덮으면서 제2 및 제3 불순물 영역(165, 170)을 노출시키는 게이트 스페이서(175)를 형성한다. 게이트 스페이서(175)는 실리콘 질화물과 같은 질화물을 사용하여 이방성 식각 공정으로 형성된다.After forming an insulating film on the semiconductor substrate 100 while covering the gate mask 160, the insulating film is etched to cover the gate mask 160 and the gate electrode 155 to cover the second and third impurity regions 165. A gate spacer 175 exposing 170 is formed. The gate spacer 175 is formed by an anisotropic etching process using a nitride such as silicon nitride.

노출된 제2 및 제3 불순물 영역(165, 170)과 게이트 스페이서(175)를 덮는 층간 절연막(180)을 형성한다. 층간 절연막(180)은 TEOS, PE-TEOS, USG, SOG, HDP-CVD 산화물, BPSG 내지 PSG와 같은 산화물로 이루어진다. 층간 절연막(180)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.An interlayer insulating layer 180 is formed to cover the exposed second and third impurity regions 165 and 170 and the gate spacer 175. The interlayer insulating layer 180 is made of oxides such as TEOS, PE-TEOS, USG, SOG, HDP-CVD oxide, and BPSG to PSG. The interlayer insulating layer 180 is formed using a chemical vapor deposition process, a plasma enhanced chemical vapor deposition process, or a high density plasma chemical vapor deposition process.

사진 식각 공정을 통하여 층간 절연막(180)을 부분적으로 식각함으로써, 제2 및 제3 불순물 영역(170)을 노출시키는 콘택홀들을 형성한 다음, 상기 콘택홀들을 채우면서 층간 절연막(180) 상에 도전막을 형성한다. 상기 도전막은 금속, 도핑된 폴리실리콘 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다.By partially etching the interlayer insulating layer 180 through a photolithography process, contact holes exposing the second and third impurity regions 170 are formed, and then conductive is formed on the interlayer insulating layer 180 while filling the contact holes. To form a film. The conductive film is formed using a metal, doped polysilicon or conductive metal nitride.

화학 기계적 연마 공정, 에치 백 공정 또는 화학 기계적 연마와 에치 백을 조합한 공정을 통하여 상기 도전막을 부분적으로 제거함으로써, 상기 콘택홀을 채우는 제1 및 제2 패드들(185, 190)을 형성한다. 제1 및 제2 패드들(185, 190)은 각기 소스/드레인 영역(165, 170)에 접촉된다. 이 경우, 제1 및 제2 패드들(185, 190)은 게이트 스페이서(175)에 대하여 자기 정렬(self-aligned)되면서 형성된다.The conductive film is partially removed through a chemical mechanical polishing process, an etch back process, or a combination of chemical mechanical polishing and etch back to form first and second pads 185 and 190 filling the contact hole. The first and second pads 185 and 190 are in contact with the source / drain regions 165 and 170, respectively. In this case, the first and second pads 185 and 190 are formed while being self-aligned with respect to the gate spacer 175.

본 발명에 따르면, 기판에 부분적으로 매립되는 게이트 전극이 기판에 접촉되는 부분을 중심으로 게이트 전극을 감싸는 특성 개선 부재를 형성함으로써, 게이트 전극이 기판에 접촉되는 부분에 전계가 집중됨으로써 발생하는 게이트 유발 드레인 누설(GIDL) 전류를 현저하게 감소시킬 수 있다. According to the present invention, by forming a characteristic improving member that surrounds the gate electrode centered around the part where the gate electrode partially embedded in the substrate is in contact with the substrate, causing the gate caused by the concentration of an electric field in the part where the gate electrode is in contact with the substrate Drain leakage (GIDL) current can be significantly reduced.

또한, 매립 구조의 게이트 전극 주변에 특성 개선 부재가 형성되기 때문에 게이트 전극에 높은 전압이 인가되더라도 게이트 전극 주변의 기판에서 절연 파괴 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. In addition, since the characteristic improving member is formed around the gate electrode of the buried structure, it is possible to prevent the occurrence of dielectric breakdown in the substrate around the gate electrode even when a high voltage is applied to the gate electrode.

더욱이, 게이트 산화막을 형성하는 공정 동안 함께 특성 개선 부재를 형성하기 때문에 특성 개선 부재를 형성하기 위한 별도의 추가적인 공정이 요구되지 않는다. Furthermore, since the characteristic improving member is formed together during the process of forming the gate oxide film, an additional additional process for forming the characteristic improving member is not required.

따라서, 이러한 게이트 전극 및 특성 개선 부재를 구비하는 반도체 장치의 정적 회복(static refresh) 특성 및 누설 전류 특성과 같은 전기적 특성을 크게 개선할 수 있다. Therefore, electrical characteristics such as static refresh characteristics and leakage current characteristics of a semiconductor device having such a gate electrode and a characteristic improving member can be greatly improved.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, but those skilled in the art can variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

Claims (14)

반도체 기판에 부분적으로 매립되는 게이트 전극;A gate electrode partially embedded in the semiconductor substrate; 상기 매립된 부분의 게이트 전극 상에 형성된 게이트 산화막;A gate oxide film formed on the gate electrode of the buried portion; 상기 게이트 전극이 상기 반도체 기판에 접촉되는 부분을 감싸는 특성 개선 부재; 및A characteristic improving member surrounding the portion where the gate electrode contacts the semiconductor substrate; And 상기 특성 개선 부재 및 상기 게이트 산화막에 인접하는 소스/드레인 영역을 포함하는 반도체 장치.And a source / drain region adjacent to the characteristic improving member and the gate oxide film. 제 1 항에 있어서, 상기 특성 개선 부재는 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치. The semiconductor device according to claim 1, wherein said characteristic improving member comprises an oxide. 제 2 항에 있어서, 상기 특성 개선 부재와 상기 게이트 산화막은 동일한 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 2, wherein said characteristic improving member and said gate oxide film contain the same oxide. 제 2 항에 있어서, 상기 특성 개선 부재는 불순물이 도핑된 실리콘으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 2, wherein the characteristic improving member is formed from silicon doped with impurities. 제 4 항에 있어서, 상기 불순물은 질소, 인, 비소 또는 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 4, wherein the impurity comprises nitrogen, phosphorus, arsenic or fluorine. 제 1 항에 있어서, 상기 특성 개선 부재는 상기 게이트 산화막보다 두꺼운 두께를 갖는 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 1, wherein said characteristic improving member has a thickness thicker than said gate oxide film. 반도체 기판에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the semiconductor substrate; 상기 트렌치의 저면 및 내벽 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide layer on the bottom and inner walls of the trench; 상기 게이트 산화막의 상부에 상기 트렌치의 내벽 상부를 감싸는 특성 개선 부재를 형성하는 단계;Forming a characteristic improving member surrounding the upper portion of the inner wall of the trench on the gate oxide layer; 상기 트렌치를 매립하면서 상기 반도체 기판 상부로 돌출되는 게이트 전극을 형성하는 단계; 및Forming a gate electrode protruding above the semiconductor substrate while filling the trench; And 상기 게이트 전극에 인접하는 소스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조방법.Forming a source / drain region adjacent the gate electrode. 제 7 항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는,The method of claim 7, wherein forming the trench, 상기 반도체 기판 상에 제1 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a first mask pattern on the semiconductor substrate; And 상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판을 부분적으로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And partially etching the semiconductor substrate using the first mask pattern as an etching mask. 제 8 항에 있어서, 상기 특성 개선 부재를 형성하는 단계는,The method of claim 8, wherein the forming of the characteristic improving member comprises: 상기 제1 마스크 패턴을 부분적으로 식각하여 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계;Partially etching the first mask pattern to form a second mask pattern; 상기 제2 마스크 패턴을 이온 주입 마스크로 이용하여 상기 트렌치의 내벽 상부 주변의 상기 반도체 기판에 불순물을 경사 이온 주입하여 불순물 영역을 형성하는 단계;Using the second mask pattern as an ion implantation mask to form an impurity region by inclining ions into the semiconductor substrate around the upper portion of the inner wall of the trench; 상기 제2 마스크 패턴을 제거하는 단계;Removing the second mask pattern; 상기 트렌치의 저면 및 내벽과 상기 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하면서 상기 불순물 영역에 예비 특성 개선 부재를 형성하는 단계; 및Forming a preliminary characteristic improving member in the impurity region while forming a gate oxide film on the bottom and inner walls of the trench and the semiconductor substrate; And 상기 반도체 기판 상의 게이트 산화막 및 상기 예비 특성 개선 부재의 상부를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And removing an upper portion of the gate oxide film and the preliminary characteristic improving member on the semiconductor substrate. 제 9 항에 있어서, 상기 불순물의 경사 이온 주입 각도는 상기 제2 마스크 패턴의 두께와 상기 트렌치의 폭의 비에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.10. The method of claim 9, wherein the inclination ion implantation angle of the impurity is determined according to a ratio of the thickness of the second mask pattern and the width of the trench. 제 10 항에 있어서, 상기 트렌치의 폭에 대한 제2 마스크 패턴의 두께의 비는 1:1.0∼1.5인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the ratio of the thickness of the second mask pattern to the width of the trench is 1: 1.0 to 1.5. 제 10 항에 있어서, 상기 불순물의 경사 이온 주입 각도는 상기 반도체 기판에 대하여 20∼50°인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the inclination ion implantation angle of the impurity is 20 to 50 degrees with respect to the semiconductor substrate. 제 9 항에 있어서, 상기 게이트 산화막 및 상기 특성 개선 부재는 열산화 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.10. The method of claim 9, wherein the gate oxide film and the property improving member are formed by a thermal oxidation process. 제 9 항에 있어서, 상기 불순물의 농도는 1.0×1013∼1.0×1015 atoms/㎠인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the concentration of the impurity is 1.0 × 10 13 to 1.0 × 10 15 atoms / cm 2.
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