KR20060131203A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 R-게이트 공정을 통해 제조된 반도체 소자의 평면도 및 SEM 사진.1A and 1B are plan and SEM photographs of a semiconductor device manufactured through an R-gate process according to the prior art.
도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시된 X-X' 절취선을 따라 도시한 단면도 및 SEM 사진.2A and 2B are cross-sectional views and SEM photographs taken along the line X-X 'of FIG. 1A.
도 3a 및 도 3b는 도 1b에 도시된 Y-Y' 절취선을 따라 도시한 단면도 및 SEM 사진.3A and 3B are cross-sectional views and SEM photographs taken along the line Y-Y 'shown in FIG. 1B.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법의 공정 단면도.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 액티브 영역1: active area
2 : 필드 영역2: field area
3 : R-게이트3: R-gate
4 : 혼(horn)4 horn
11 : 기판(액티브 영역)11: substrate (active area)
12 : 소자 분리막(필드 영역)12: device isolation film (field area)
13 : 하드 마스크(폴리 실리콘막)13: hard mask (polysilicon film)
14 : 감광막 패턴14 photosensitive film pattern
15 : 트렌치15: trench
16 : 혼16: horn
18 : 산화막18 oxide film
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 100nm 급 이하의 선폭을 갖는 반도체 소자의 제조공정에서 R(Recess)-게이트 전극 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
반도체 산업이 발전하고, 패턴의 형성이 점차 미세화되어 감에 따라 100nm급 이하의 패턴을 갖는 반도체 소자가 개발되고 있다. 패턴이 미세화되어 감에 따라 그에 따른 리프레쉬(refresh) 특성이 요구되고 있으며, 게이트와 액티브 영역(active region)과의 접촉면적을 확대하기 위하여 입체적인 패턴구조를 시도하고 있다. 입체적인 패턴구조 중 하나로 트렌치(trench) 구조를 갖는 R-게이트 전극이 제안되었다. As the semiconductor industry develops and the pattern formation gradually becomes finer, semiconductor devices having patterns of 100 nm or less have been developed. As the pattern becomes finer, a refresh characteristic is required, and a three-dimensional pattern structure is attempted to increase the contact area between the gate and the active region. As one of the three-dimensional pattern structure, an R-gate electrode having a trench structure has been proposed.
100nm 이하의 선폭을 갖는 반도체 소자, 예컨대 DRAM 소자의 셀 트랜지스터 에서 요구되는 셀 문턱전압(threshold voltage)을 만족시키기 위해서는 채널 도핑(channel doping) 농도가 1018/cm3 이상이 필요하며, 이런 이유로 전기장(electric field)에 의한 접합 누설전류(junction leakage current) 때문에 더 이상 데이터 유지(data retention) 특성에 대한 요구 조건을 충족할 수 없는 상황이다. 따라서, 기존의 평면 타입(planar type)의 셀 트랜지스터를 리세스 채널(recessed channel)로 바꿔 유효채널길이(effective channel length)를 증가시키고, 채널 도핑 농도를 1017/cm3 수준으로 낮추어 전기장을 효과적으로 감소시킴으로써 접합 누설전류 측면에서 양호한 소자의 특성을 확보하여 리프레쉬(refresh) 특성을 개선시킬 수 있는 R-게이트 공정을 진행하게 되었다. In order to satisfy the cell threshold voltage required in the cell transistor of a semiconductor device, such as a DRAM device having a line width of 100 nm or less, a channel doping concentration of 10 18 / cm 3 or more is necessary. Due to junction leakage currents caused by electrical fields, it is no longer possible to meet the requirements for data retention. Therefore, the planar type cell transistor is replaced with a recessed channel to increase the effective channel length and reduce the channel doping concentration to 10 17 / cm 3 to effectively reduce the electric field. As a result, the R-gate process was performed to secure the characteristics of the device in terms of junction leakage current and to improve the refresh characteristics.
이러한 게이트 전극은 R-게이트 공정을 통해 제조된다. R-게이트 공정으로 제조된 게이트 전극이 도 1의 (a) 및 (b), 도 2의 (a) 및 (b) 그리고 도 3의 (a) 및 (b)에 도시되었다. 여기서, 도 1의 (a)는 게이트 전극의 단면도이고, (b)는 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다. 또한, 도 2의 (a)는 도 1의 (a)에 도시된 X-X' 절취선을 따라 도시한 단면도이고, (b)는 SEM 사진이다. 또한, 도 3의 (a)는 도 1의 (a)에 도시된 Y-Y' 절취선을 따라 도시한 단면도이고, (b)는 SEM 사진이다. Such a gate electrode is manufactured through an R-gate process. Gate electrodes fabricated by the R-gate process are shown in FIGS. 1A and 1B, FIGS. 2A and 2B, and FIGS. 3A and 3B. Here, Figure 1 (a) is a cross-sectional view of the gate electrode, (b) is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph. 2A is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of FIG. 1A, and (b) is a SEM photograph. 3A is a cross-sectional view taken along the line Y-Y 'shown in FIG. 1A, and FIG. 3B is a SEM photograph.
그러나, R-게이트 공정시 발생되는 문제점으로 트렌치 구조를 갖는 게이트 전극을 패터닝하기 위하여 식각공정을 실시할 때, 필드 영역(field region)과 액티브 영역 간의 식각 선택비가 서로 상이하여 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 혼(horn)(4)이 형성된다. 즉, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 필드 영역에는 산화막 계열의 소자 분리막(2)이 형성되는 한편, 액티브 영역은 실리콘 기판(1)으로 이루어져 있기 때문에 이들 간에는 식각 선택비가 서로 상이하여 R-게이트 공정시 혼(4)이 발생하게 된다. 이러한 혼은 전기장(electric field)을 집중시켜 전기적 특성을 저하시킨다. However, when the etching process is performed to pattern the gate electrode having the trench structure as a problem that occurs during the R-gate process, the etching selectivity between the field region and the active region is different from each other. And a
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, R-게이트 공정을 이용한 게이트 전극 형성공정시 필드 영역과 액티브 영역 간의 서로 다른 식각 선택비에 의해 발생되는 혼을 제거하여 소자의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and removes the horn generated by the different etching selectivity between the field region and the active region in the gate electrode forming process using the R-gate process It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent the electrical characteristics of the semiconductor chip from being lowered.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 소자 분리막이 형성되어 액티브 영역과 필드 영역으로 정의된 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 하드 마스크를 증착하는 단계와, 상기 액티브 영역의 하드 마스크와 상기 기판을 식각하여 복수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치가 형성된 전체 구조 상부면에 대하여 열산화공정을 실시하여 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a device isolation layer, comprising: providing a substrate defined by an active region and a field region; depositing a hard mask on the substrate; Forming a plurality of trenches by etching the hard mask and the substrate, performing a thermal oxidation process on the upper surface of the entire structure on which the trench is formed, to form an oxide film, and removing the oxide film. Provided are a method of manufacturing a semiconductor device.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 도 1a에서 X-X' 방향의 절취선을 따라 도시한 공정 단면도를 예로 들어 설명하기로 한다. 4A through 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. Hereinafter, for convenience of description, a process cross-sectional view taken along a cutting line in the X-X 'direction of FIG. 1A will be described as an example.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(11) 내에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 소자 분리막(12)을 형성한다. STI 공정은 도시되진 않았지만 다음과 같은 과정으로 실시된다. 우선, 기판(11) 상에 패드 산화막과 패드 질화막(미도시)을 증착한 후 식각공정을 실시하여 기판(11) 내에 트렌치(미도시)를 형성한다. 그런 다음, 트렌치가 매립되도록 HDP(High Density Plasma)막(미도시)을 증착한 후 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통해 평탄화한다. 그런 다 음, 패드 질화막과 패드 산화막을 제거하여 트렌치 내부에 고립된 소자 분리막(12)을 형성한다. First, as shown in FIG. 4A, a shallow trench isolation (STI) process is performed in the
이어서, 소자 분리막(12)을 포함하는 전체 구조 상부에 하드 마스크(hard mask)용으로 폴리 실리콘막(13)을 증착한다. 여기서, 폴리 실리콘막(13)은 800~1200Å 두께로 증착한다. 한편, 폴리 실리콘막(13) 하부에는 후속 폴리 실리콘막(13) 식각공정시 기판(11)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 패드 산화막(미도시)을 형성할 수도 있다. Subsequently, a
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 폴리 실리콘막(13) 상부에 감광막을 도포한 후 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 감광막 패턴(14)을 형성한다. 이때, 감광막은 후속 공정을 통해 형성될 게이트 전극(미도시)의 FICD(Final Inspection Critical Dimension)보다 작게 형성할 수 있는 해상력을 가져야 하며, 후속 공정을 통해 실시되는 R-게이트 식각공정에서 하드 마스크용 폴리 실리콘막(13)과 소자 분리막(12)의 필요 깊이를 얻을 수 있을 정도가 되는 두께로증착된다. Subsequently, as shown in FIG. 4B, the photoresist film is coated on the
이어서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(14)을 이용한 식각공정(이하, R-게이트 식각공정이라 함)을 실시하여 액티브 영역의 기판(11)을 일정 깊이로 리세스(recess)시킨다. 이로써, 액티브 영역의 기판(11)에 복수의 게이트 전극이 형성되는 트렌치(15)가 형성된다. 이때, 동도면에 도시된 바와 같이 트렌치(15)의 양측부에서 뿔 형태로 혼(16)이 형성된다. 이는, 전술한 바와 같이 액티브 영역의 기판(11)과 필드 영역의 소자 분리막(12) 간의 식각 선택비 차에 의한 것으로서, 기판(11)은 실리콘으로 이루어지고, 소자 분리막(12)은 보통 SiO2로 이루어지기 때문이다. Subsequently, as illustrated in FIG. 4C, an etching process using the photosensitive film pattern 14 (hereinafter, referred to as an R-gate etching process) is performed to recess the
한편, R-게이트 식각공정은 트렌치(15)의 상부 양측 모서리 부위가 라운딩되도록 공정을 제어하는 것이 바람직하며, 또는 이를 위해 후속 월(wall) 산화공정을 실시할 수도 있다. 이처럼, 트렌치(15)의 상부 양측 모서리 부위를 라운딩처리하는 이유는 후속 기판(11)의 전체 상부면을 따라 게이트 산화막(미도시)을 안정적으로 형성하기 위함이다. Meanwhile, in the R-gate etching process, it is preferable to control the process so that the upper both corner portions of the
이어서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 트렌치(15)가 형성된 전체 구조 상부면에 대하여 열산화공정(thermal oxidation, 17)을 실시하여 산화막(SiO2막)(18)을 형성한다. 이때, 열산화공정(17)은 수십~수백도의 온도 범위 내에서 실시하되, 공정시간을 제어하여 혼(16)의 두께와 동일한 두께를 갖도록 산화막(18)을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 소자 분리막(12) 상부에도 대략 수~수십Å의 두께로 산화막(18)이 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 4D, a
이어서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 제거공정(19)을 실시하여 산화막(18)을 제거한다. 이때, 도 4c에 도시된 바와 같이, R-게이트 식각공정시 형성된 혼(16) 또한 산화막(18)과 함께 제거된다. 제거공정(19)은 세정(cleaning) 공정, 건식식각 공정, 습식식각 공정 또는 에치백(etch back)과 같은 전면 식각공정으로 실시할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 4E, the
이어서, 도시되진 않았지만, 산화막(18)이 제거된 전체 구조 상부면의 단차 를 따라 게이트 산화막(미도시)을 증착한 후 트렌치(15)가 매립되도록 도핑된 폴리 실리콘막(미도시), 텅스텐 실리사이드층(미도시) 및 하드 마스크(미도시)를 순차적으로 형성한다. 이때, 게이트 산화막은 30~50Å, 폴리 실리콘막은 400~700Å, 텅스텐 실리사이드층은 1000~1500Å, 하드 마스크는 2000~2500Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, although not shown, a polysilicon film (not shown) and tungsten silicide doped so that the
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, R-게이트 식각공정 후 열산화공정을 실시하여 상기 R-게이트 식각공정시 발생된 혼과 동일한 높이로 산화막을 형성하고, 그 다음 상기 산화막을 제거공정을 통해 혼과 함께 제거함으로써, 소자의 전기적 특성이 저하되는 것을 방지하고, 소자의 신뢰성을 향상시켜 수율을 증가시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, a thermal oxidation process is performed after the R-gate etching process to form an oxide film at the same height as the horn generated during the R-gate etching process, and then the oxide film is removed. By removing together with the horn, the electrical characteristics of the device can be prevented from being lowered, and the reliability of the device can be improved to increase the yield.
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