KR20070002646A - Method for forming semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 게이트의 채널 길이를 증가시키기 위해서 리세스 게이트를 형성하는데 있어서 게이트와 리세스 게이트 영역의 오정렬에 의해서 리세스 게이트 영역에 매립된 폴리실리콘층이 유실되면서 반도체 소자의 전기적 특성을 저하시키는 문제를 해결하기 위하여, 리세스 게이트 영역을 형성하기 전에 미리 버퍼층을 형성하여 폴리실리콘층의 유실이 반도체 기판 상부에서만 일어나도록 유도함으로써 게이트의 셀 문턱전압 비대칭 및 변동 문제 또는 리프레쉬 특성 저하 문제를 해결할 수 있는 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and in particular, in forming a recess gate to increase the channel length of the gate, a polysilicon layer buried in the recess gate region due to misalignment of the gate and the recess gate region is lost. In order to solve the problem of lowering the electrical characteristics of the semiconductor device, a buffer layer is formed in advance before the recess gate region is formed to induce the loss of the polysilicon layer only on the semiconductor substrate, thereby asymmetrical and fluctuation of the cell threshold voltage of the gate. The present invention relates to a method of forming a semiconductor device that can solve a problem or a problem of lowering refresh characteristics.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 게이트의 선폭이 좁아지면서 채널 길이의 감소로 반도체 소자의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다. 특히 100nm 이하 공정에서 이런 문제가 큰 영향을 미치게 되는데, 이를 극복하기 위하여 리세스 게이트를 사용하게 되었다. 리세스 게이트는 게이트 예정 영역의 채널 영역인 활성영역 반도체 기판을 소정 깊이 식각하여 게이트와 활성영역과 게이트 사이의 접촉면적을 증가시킴으로써 게이트 채널 길이를 증가시킬 수 있는 기술이다.As the semiconductor devices are highly integrated, the line width of the gate is narrowed, and thus, the electrical characteristics of the semiconductor devices are deteriorated due to the decrease in the channel length. In particular, this problem is greatly affected in the sub-nm process, and recess gates are used to overcome this problem. The recess gate is a technique capable of increasing the gate channel length by etching the active region semiconductor substrate, which is the channel region of the gate predetermined region, by increasing the contact area between the gate and the active region and the gate.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 활성영역(20)을 정의하는 소자분리막(30)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an
도 1b를 참조하면, 반도체 기판(10) 상부에 리세스 게이트 예정 영역을 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 감광막 패턴을 식각 마스크로 반도체 기판(10)의 활성영역(20)을 소정 깊이 식각하여 리세스 게이트 영역(40)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a photoresist pattern (not shown) for exposing a recess gate predetermined region is formed on the
도 1c를 참조하면, 감광막 패턴을 제거하고 리세스 게이트 영역(40) 및 반도체 기판(10) 표면에 게이트 산화막(50)을 형성하고, 리세스 게이트 영역(40)을 매립하는 폴리실리콘층(60)을 형성한다. 다음에는, 폴리실리콘층(60) 상부에 금속층(70) 및 하드마스크층(80)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 1C, the
도 1d를 참조하면, 하드마스크층(80), 금속층(70), 폴리실리콘층(60) 및 게이트 산화막(50)을 패터닝하여 게이트(90)를 형성한다. 여기서, 게이트(90)를 패터닝하는 마스크(미도시)와 리세스 게이트 영역(40)과의 오정렬에 의하여 폴리실리콘층(60)이 유실되는 문제가 발생한다.Referring to FIG. 1D, the
도 1e는 도 1d의 단계에서 폴리실리콘층(60)의 유실이 발생한 부분(ⓐ)을 확대한 것으로, 도시된 바와 같이 폴리실리콘층(60)의 유실이 게이트(90)의 채널 영역이 형성되는 부분에서 발생하였다. 이는, 게이트(90) 및 소스/드레인 영역(미도시)에 의해 형성되는 셀 트랜지스터의 채널 문턱전압 좌, 우가 서로 비대칭이 되고, 변동이 발생하며, 트랜지스터의 리프레쉬 특성을 저하시키는 문제를 유발한다. FIG. 1E is an enlarged view of a portion ⓐ where the loss of the
뿐만아니라, 게이트(90)의 선폭이 리세스 게이트 영역(40)의 폭 보다 클 경우 상기 오정렬에 의한 문제는 발생하지 않게 되지만 리세스 게이트 영역(40)의 상부와 게이트(90) 및 반도체 기판(10) 표면이 접하는 영역에 강한 전기장이 발생하여 반도체 소자의 전기적 특성을 저하시키는 문제가 있다. In addition, when the line width of the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리세스 게이트 영역을 형성하기 전에 미리 버퍼층을 형성하여 폴리실리콘층의 유실이 반도체 기판 상부에서만 일어나도록 유도함으로써 게이트의 셀 문턱전압 비대칭 및 변동 문제 또는 리프레쉬 특성 저하 문제를 해결하고 고집적 반도체 소자의 생산 수율 증가 및 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and forms a buffer layer before forming the recess gate region to induce the loss of the polysilicon layer to occur only on the semiconductor substrate, thereby causing asymmetry and fluctuation of the cell threshold voltage of the gate. It is an object of the present invention to provide a method of forming a semiconductor device capable of solving the problem or the problem of lowering the refresh characteristics, increasing the production yield of the highly integrated semiconductor device, and improving the characteristics of the semiconductor device.
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은,In order to achieve the above object, a method of forming a semiconductor device according to the present invention,
활성 영역 및 소자분리 영역이 구비된 반도체 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와,Forming a buffer layer on a semiconductor substrate having an active region and an isolation region;
상기 버퍼층 상부에 리세스 게이트 예정 영역을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern on the buffer layer to expose a recess gate predetermined region;
상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 버퍼층 및 반도체 기판을 식각하여 리세스 게이트 영역을 형성하는 단계와,Etching the buffer layer and the semiconductor substrate using the photoresist pattern as an etch mask to form a recess gate region;
상기 감광막 패턴을 제거하고 상기 리세스 게이트 영역 및 상기 버퍼층 표면에 게이트 산화막을 형성하는 단계와,Removing the photoresist pattern and forming a gate oxide layer on a surface of the recess gate region and the buffer layer;
상기 리세스 게이트 영역을 매립하는 폴리실리콘층을 형성하는 단계와,Forming a polysilicon layer filling the recess gate region;
상기 폴리실리콘층 상부에 금속층 및 하드마스크층을 형성하는 단계 및Forming a metal layer and a hard mask layer on the polysilicon layer;
상기 하드마스크층, 금속층 및 폴리실리콘층을 패터닝하여 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Patterning the hard mask layer, the metal layer, and the polysilicon layer to form a gate.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(100) 전면에 패드 산화막(미도시) 및 패드 질화막(미도시)을 순차적으로 형성하고, 활성영역(120)을 정의하는 소자분리 마스크를 이용하여 소자분리 예정 영역에 트렌치(미도시)를 형성한다.Referring to FIG. 2A, a pad oxide layer (not shown) and a pad nitride layer (not shown) are sequentially formed on an entire surface of a
다음에는, 전체 표면에 트렌치를 매립하는 산화막을 형성한 후 CMP 공정을 수행하여 소자분리막(130)을 분리시킨다. 이때, 패드 산화막 및 질화막이 모두 제거 되도록 하는 것이 바람직하다.Next, an oxide film filling the trench is formed on the entire surface, and the
도 2b를 참조하면, 반도체 기판(100) 전면에 버퍼층(135)을 형성한다. 이때, 버퍼층(135)은 후속의 게이트 형성 공정에서 리세스 게이트 영역의 폴리실리콘층이 유실되는 문제를 방지하기 위한 기능을 하는 것으로 단일 절연층이거나 이중 절연층으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2B, a
도 2c를 참조하면, 버퍼층(135) 상부에 리세스 게이트 예정 영역을 노출시키는 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 감광막 패턴을 식각 마스크로 버퍼층(135) 및 반도체 기판(100)의 활성영역(120)을 식각하여 리세스 게이트 영역(140)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, a photoresist pattern (not shown) is formed on the
도 2d를 참조하면, 감광막 패턴을 제거하고 리세스 게이트 영역(140) 및 버퍼층(135) 표면에 게이트 산화막(150)을 형성하고, 리세스 게이트 영역(140)을 매립하는 폴리실리콘층(160)을 형성한다.Referring to FIG. 2D, the
도 2e를 참조하면, 리세스 게이트 영역(140)에 매립된 폴리실리콘층(160)을 절연시킨다. 이때, 폴리실리콘층(160)을 절연시키는 단계는 CMP 공정 및 에치백 공정 중 선택된 어느 하나를 이용하여 수행하는 것이 바람직하며 버퍼층(140)이 소정 두께 남도록 한다.Referring to FIG. 2E, the
도 2f를 참조하면, 폴리실리콘층(160) 상부에 금속층(170) 및 하드마스크층(180)을 형성한다.Referring to FIG. 2F, the
도 2g를 참조하면, 하드마스크층(180), 금속층(170) 및 폴리실리콘층(160)을 패터닝하여 게이트(190)를 형성한다. 여기서, 게이트(190)를 패터닝하는 마스크(미도시)와 리세스 게이트 영역(140)과의 오정렬에 의하여 폴리실리콘층(160)이 유실 되는 문제를 완화시킬 수 있다.Referring to FIG. 2G, the
도 2h는 도 2g의 단계에서 폴리실리콘층(160)의 유실이 발생한 부분(ⓑ)을 확대한 것으로, 도시된 바와 같이 폴리실리콘층(160)의 유실이 버퍼층(135)에서만 발생한 것을 볼 수 있다. 즉, 반도체 기판(100) 상부에 문제가 발생하게 되는 것으로, 이는 게이트(160)의 채널 영역이 직접적으로 손상을 받는 것이 아니다. 따라서, 반도체 소자의 전기적 특성이 감소하는 것을 방지할 수 있다.FIG. 2H is an enlarged view of a portion ⓑ in which the loss of the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은, 리세스 게이트 영역을 형성하기 전에 반도체 기판 상에 버퍼층을 형성함으로써 오정렬에 의해 발생하는 셀 문턱 전압의 비대칭 및 변동 문제 또는 리프레쉬 특성 감소 문제를 방지할 수 있다. 또한, 리세스 게이트 영역 보다 게이트의 선폭이 더 두꺼울 경우 리세스 게이트 영역의 게이트와 반도체 기판이 만나는 부분에서 강한 전기장이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 뿐만아니라, 반도체 소자의 형성 방법은 종래의 장비 및 공정들을 그대로 적용할 수 있으므로 안정적인 생산 경쟁력을 확보할 수 있으며 신규 장비 및 공정 기술에 대한 투자 없이 고집적 반도체 소자를 형성할 수 있는 생산 수율을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, in the method of forming a semiconductor device according to the present invention, a problem of asymmetry and fluctuation of cell threshold voltage or a problem of reducing refresh characteristics caused by misalignment by forming a buffer layer on a semiconductor substrate before forming a recess gate region is described. Can be prevented. In addition, when the gate width of the gate is thicker than that of the recess gate region, a strong electric field may be prevented from occurring at a portion where the gate of the recess gate region and the semiconductor substrate meet each other. In addition, since the method of forming a semiconductor device can apply conventional equipment and processes as it is, it can secure stable production competitiveness and increase the production yield that can form a highly integrated semiconductor device without investing in new equipment and process technology. It provides the effect.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
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