KR20070014407A - Method of forming a gate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 게이트 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 5 are schematic cross-sectional views illustrating a gate forming method according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 102 : 소자 분리막 패턴100
104 : 게이트 산화막 106 : 폴리실리콘층104: gate oxide film 106: polysilicon layer
108 : 금속층 110 : 도전막108: metal layer 110: conductive film
112 : 하드 마스크막 114 : 제2 포토레지스트 패턴112: hard mask film 114: second photoresist pattern
116 : 게이트 산화막 패턴 118 : 도전막 패턴116: gate oxide film pattern 118: conductive film pattern
120 : 제2 하드 마스크 패턴 122 : 게이트120: second hard mask pattern 122: gate
124 : 예비 소스/드레인 영역124: Spare Source / Drain Area
본 발명은 게이트 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 도전막 패턴 상에 하드 마스크 패턴을 포함하는 게이트를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gate forming method. More specifically, the present invention relates to a method of forming a gate including a hard mask pattern on a conductive film pattern.
급속도로 발전하는 정보화 사회에 있어서 대량의 정보를 보다 빠르게 처리하 게 위해 데이터 전송 속도가 높은 고집적 소자가 요구되고 있다. 고집적 반도체 소자를 제조하기 위해서 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)은 급속도로 줄어들고 있다. 따라서, 반도체 소자는 더욱 미세해진 패턴(fine pattern)을 요구하고 있다.In the rapidly developing information society, highly integrated devices with high data transfer speeds are required to process large amounts of information more quickly. In order to manufacture highly integrated semiconductor devices, design rules of semiconductor devices are rapidly decreasing. Therefore, semiconductor devices require more fine patterns.
이와 같은 미세 회로 공정의 발달로 인하여 게이트의 선폭 또한 미세해지고, 상기 게이트의 선폭이 미세해짐에 따라 상기 게이트의 높이가 증가하고 있다. 따라서, 상기 게이트의 종횡비(aspect ratio)가 증가하고 있다.Due to the development of such a fine circuit process, the line width of the gate is also reduced, and as the line width of the gate becomes fine, the height of the gate increases. Thus, the aspect ratio of the gate is increasing.
또한, 상기와 같은 게이트를 패터닝하기 위하여 식각 마스크로써 하드 마스크 패턴을 사용하며, 상기 하드 마스크 패턴은 통상적으로 실리콘 질화물(SiN)로 이루어져 있다. 상기 실리콘 질화물은 게이트 도전막이 식각되는 동안 거의 식각되지 않으므로 하드 마스크 패턴으로 사용하기에 적합하다.In addition, a hard mask pattern is used as an etching mask to pattern the gate as described above, and the hard mask pattern is typically made of silicon nitride (SiN). Since the silicon nitride is hardly etched while the gate conductive layer is etched, the silicon nitride is suitable for use as a hard mask pattern.
상기 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 하드 마스크 패턴 하부에 형성된 도전막을 패터닝함으로써 종횡비가 큰 게이트를 형성할 수 있다.The gate having a high aspect ratio may be formed by patterning a conductive layer formed under the hard mask pattern using the hard mask pattern as an etching mask.
모든 물질은 각각의 물질로 물질막을 형성하는 동안 고유의 응력(stress)을 갖게 되는데, 상기 실리콘 질화물로 이루어진 하드 마스크막은 반도체 장치에 사용되는 다른 물질막보다 상대적으로 더 큰 인장 응력(tensile stress)을 갖는다.All materials have inherent stresses during the formation of a material film of each material. The hard mask film made of silicon nitride has a relatively higher tensile stress than other material films used in semiconductor devices. Have
그런데, 상기 하드 마스크 패턴은 실리콘 질화물로 이루어져 있으므로 매우 큰 인장 응력을 갖게 된다. 따라서, 상기 게이트는 폭의 방향으로 스트레스(stress)를 받게 되며, 상기와 같은 스트레스로 인하여 상기 게이트가 기울어질(leaning) 수 있으며, 심한 경우 상기 게이트가 쓰러져 이웃하는 게이트의 상부가 접하는 현상이 발생될 수 있다.However, since the hard mask pattern is made of silicon nitride, it has a very large tensile stress. Accordingly, the gate is subjected to stress in the width direction, and the gate may be leaned due to the stress as described above, and in severe cases, the gate may collapse and the upper part of the neighboring gate may be in contact with the gate. Can be.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 게이트의 기울어짐 또는 쓰러짐 현상을 억제하기 위한 게이트 형성 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a gate forming method for suppressing the inclination or collapse of the gate.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 형성 방법에 있어서, 우선 기판 상에 게이트 산화막 및 도전막을 순차적으로 형성한다. 상기 도전막 상에 인장 응력(tensile stress)이 실리콘 질화물(SiN)보다 작은 물질로 이루어진 하드 마스크막을 형성한다. 다음에, 상기 게이트 산화막, 도전막 및 하드 마스크막을 부분적으로 식각하여 게이트 산화막 패턴, 도전막 패턴 및 하드 마스크 패턴으로 이루어진 게이트를 완성한다.In the gate forming method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, first, a gate oxide film and a conductive film are sequentially formed on a substrate. A hard mask film made of a material having a tensile stress smaller than silicon nitride (SiN) is formed on the conductive film. Next, the gate oxide film, the conductive film, and the hard mask film are partially etched to complete a gate formed of the gate oxide film pattern, the conductive film pattern, and the hard mask pattern.
상기 실리콘 질화물(SiN)보다 인장 응력이 작은 물질은 실리콘 탄화질화물(SiCN)을 포함할 수 있다.The material having a smaller tensile stress than the silicon nitride (SiN) may include silicon carbide nitride (SiCN).
상기와 같은 본 발명에 따르면, 하드 마스크막으로 실리콘 질화막 보다 인장 응력이 작은 실리콘 탄화질화물(SiCN)을 포함하는 막을 사용함으로써 이후에 형성되는 게이트의 기울어짐 또는 쓰러짐을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, by using a film containing silicon carbide nitride (SiCN) having a smaller tensile stress than the silicon nitride film as a hard mask film can be prevented from tilting or falling down of the gate formed later.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 게이트 형성 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a gate forming method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 5 are schematic cross-sectional views illustrating a gate forming method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 소자 분리 공정을 수행하여 반도체 기판(100)에 트렌치 소 자 분리막 패턴(102)을 형성한다.Referring to FIG. 1, the trench
구체적으로 설명하면, 우선, 상기 반도체 기판(100) 상에 패드 산화막(도시되지 않음), 마스크용 실리콘 질화막(도시되지 않음) 및 제1 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 순차적으로 적층하고, 상기 제1포토레지스트 패턴을 식각 마스크로써, 상기 패드 산화막 및 실리콘 질화막을 부분적으로 식각하여 패드 산화막 패턴(도시되지 않음) 및 제1 하드 마스크 패턴(도시되지 않음)을 형성한다.Specifically, first, a pad oxide film (not shown), a mask silicon nitride film (not shown), and a first photoresist pattern (not shown) are sequentially stacked on the
이때, 선택적으로 상기 실리콘 질화막층상에 제1 유기 반사 방지막(Anti-Reflection Layer : ARL, 도시되지 않음)을 더 형성할 수 있다. 상기 제1 유기 반사 방지막은 이후에 수행되는 사진 공정에서 난반사에 의해 포토레지스트 측벽 프로파일이 불량해지는 것을 방지하기 위해 제공되는 막으로써, 실리콘 산화 질화막(SiON)일 수 있다. 상기 제1 하드 마스크 패턴을 형성한 후, 상기 제1 포토레지스트 패턴은 에싱(ashing) 또는 스트립(strip) 공정을 통해 제거된다.In this case, a first organic anti-reflection layer (ALL, not shown) may be further formed on the silicon nitride layer. The first organic antireflection film is a film provided to prevent the photoresist sidewall profile from being poorly reflected by diffuse reflection in a subsequent photolithography process, and may be a silicon oxynitride layer (SiON). After forming the first hard mask pattern, the first photoresist pattern is removed through an ashing or strip process.
이어서, 상기 제1 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 노출된 반도체 기판(100)을 부분적으로 식각하여 트렌치(도시되지 않음)를 형성한다. 상기 트렌치를 형성한 후, 선택적으로 상기 트렌치 내부에 열 산화막(도시되지 않음) 및 절연막 라이너(도시되지 않음)를 형성할 수 있다.Subsequently, the
상기 열 산화막은 이전의 건식 식각 공정 시 발생한 표면 데미지(damage)를 큐어링(curing)하기 위해 상기 트렌치 표면을 열 산화시켜 매우 얇은 두께로 상기 트렌치 내부에 형성된다. 상기 열 산화막이 형성되어 있는 상기 트렌치의 내측면과 저면 및 하드 마스크 패턴의 표면에 수백Å의 얇은 두께로 절연막 라이너를 형성한 다.The thermal oxide film is formed inside the trench at a very thin thickness by thermally oxidizing the trench surface to cure surface damage generated during the previous dry etching process. An insulating film liner is formed to a thickness of several hundreds of microseconds on the inner surface and the bottom surface of the trench in which the thermal oxide film is formed and the surface of the hard mask pattern.
상기 절연막 라이너는 이후 공정에 의해 상기 트렌치 내에 매립되는 소자 분리용 실리콘 산화막 내부의 스트레스를 감소시키고, 불순물 이온들이 필드 영역 내로 침투하는 것을 방지하기 위해 형성된다. 상기 절연막 라이너는 특정한 식각 조건 하에서 후에 설명될 실리콘 산화막과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성되어야 하며, 예컨대, 실리콘 질화물(SiN)로 형성될 수 있다.The insulating film liner is formed to reduce stress in the silicon oxide film for device isolation embedded in the trench by a subsequent process and to prevent impurity ions from penetrating into the field region. The insulating film liner should be formed of a material having a high etching selectivity with respect to a silicon oxide film, which will be described later, under specific etching conditions. For example, the insulating film liner may be formed of silicon nitride (SiN).
이어서, 상기 트렌치를 채우도록 USG(Undoped Silicate Glass), O3-TEOS USG(O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate Undoped Silicate Glass) 또는 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 산화막과 같은 갭 매립 특성이 우수한 산화막을 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법에 의해 증착하여 소자 분리막(도시되지 않음)을 형성한다. 바람직하게는, SiH4, O2 및 Ar 가스를 플라즈마 소오스로 이용하여 고밀도 플라즈마를 발생시킴으로써 고밀도 플라즈마 산화막을 형성한다. 이때, 트렌치의 내부에 균열이나 보이드가 생성되지 않도록 고밀도 플라즈마 산화막의 갭 매립 능력을 향상시켜 트렌치를 매립한다.Subsequently, an oxide film having excellent gap filling characteristics such as Undoped Silicate Glass (USG), O 3 -TEOS USG (O 3 -Tetra Ethyl Ortho Silicate Undoped Silicate Glass), or High Density Plasma (HDP) oxide film is used to fill the trench. Is deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method to form a device isolation film (not shown). Preferably, a high density plasma oxide film is formed by generating a high density plasma using SiH 4 , O 2 and Ar gases as the plasma source. At this time, the trench is embedded by improving the gap filling capability of the high density plasma oxide film so that cracks or voids are not formed inside the trench.
또한, 필요한 경우에, 소자 분리막에 대하여 약 800∼1050℃의 고온 및 불활성 가스 분위기 하에서 어닐링(annealing) 공정을 수행하여 상기 소자 분리막을 치밀화(densification)시켜 후속하는 세정 공정에 대한 습식 식각율을 낮출 수 있다.In addition, if necessary, an annealing process may be performed on the device separator under a high temperature and an inert gas atmosphere at about 800 to 1050 ° C. to densify the device separator to lower the wet etch rate for subsequent cleaning processes. Can be.
이이서, 상기 소자 분리막을 에치백(etch back) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 방법으로 하드 마스크 패턴의 상부면이 노 출되도록 연마하여 상기 트렌치 내부에 소자 분리막 패턴(102)을 형성한다. 이와 같이, 소자 분리막 패턴(102)을 형성함으로서 상기 반도체 기판(100)은 활성 영역(active area)과 비활성 영역(field area)으로 한정된다.Next, the device isolation layer is polished to expose the top surface of the hard mask pattern by etching back or chemical mechanical polishing (CMP) to form the device
도 2를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막(104) 및 도전막(110)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 2, a
보다 상세하게 설명하면, 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트 산화막(104)을 열 산화 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이어서, 상기 게이트 산화막(104) 상에 게이트 전극으로 사용하기 위한 도전막(110)을 형성한다.In more detail, the
상기 도전막(110)은 폴리실리콘층(106) 및 금속층(108) 또는 폴리실리콘층(106) 및 금속 실리사이드층의 적층 구조로 이루어질 수 있다. 상세하게, 확산 공정, 이온 주입 공정 또는 인-시튜 도핑(in-situ doping) 공정과 같은 도핑 공정에 의해 고농도의 불순물로 도핑된 폴리실리콘층(poly silicon, 106)을 형성한다. 이어서, 상기 폴리실리콘층(106) 상에 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 텅스텐 실리콘(WSi), 티타늄 질화물(TiN) 등과 같은 금속층(108) 또는 금속 실리사이드를 형성함으로써, 상기 도전막(110)을 완성할 수 있다.The
도 3을 참조하면, 상기 도전막(110) 상에 실리콘 탄화질화물(SiCN)을 포함하는 제2 하드 마스크층(112)을 형성한다. 상기 실리콘 탄화질화물(SiCN)은 종래에 사용한 실리콘 질화막(SiN)에 비해 인장 응력(tensile stress)이 작아 이후에 형성되는 게이트(도시되지 않음)가 기울어지거나 쓰러지는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 설명은 이후에 자세하게 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3, a second
도 4를 참조하면, 상기 제2 하드 마스크층(112) 상에 상기 제2 하드 마스크층(112)을 선택적으로 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(114)을 형성한다. 이어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴(114)을 식각 마스크로 상기 노출된 제2 하드 마스크층(112)을 식각하여 제2 하드 마스크 패턴(120)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a
이때, 선택적으로 상기 제2 하드 마스크층(112) 상에 제2 유기 반사 방지막(Anti-Reflection Layer : ARL, 도시되지 않음)을 더 형성할 수 있다. 상기 제2 유기 반사 방지막은 이후에 수행되는 사진 공정에서 난반사에 의해 포토레지스트 측벽 프로파일이 불량해지는 것을 방지하기 위해 제공되는 막으로써, 실리콘 산화질화막(SiON)일 수 있다.In this case, a second organic anti-reflection layer (ALL, not shown) may be further formed on the second
상기 제2 하드 마스크 패턴(120)을 형성한 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴(114)을 에싱(ashing) 또는 스트립(strip) 공정을 통해 제거한다.After the second
도 5를 참조하면, 상기 제2 하드 마스크 패턴(114)을 식각 마스크로 상기 제2 하드 마스크 패턴(114)에 의해 노출된 상기 도전막(110) 및 게이트 산화막(104)을 선택적으로 식각하여 도전막 패턴(118) 및 게이트 산화막 패턴(116)이 적층된 형태의 게이트(122)를 형성한다. Referring to FIG. 5, the
여기에서, 상기 게이트(122) 상부에 형성된 제2 하드 마스크 패턴(120)이 실리콘 탄화질화물(SiCN)로 형성되어 종래에 하드 마스크 패턴으로 사용되는 실리콘 질화물에 비해 인장 응력이 작다. 이로 인하여 상기 게이트(122)에 영향을 미치는 스트레스가 종래에 비해 작아져 상기 게이트(122)의 종횡비가 커짐에도 불구하고 상기 게이트가 기울거나 쓰러지는 현상을 억제할 수 있다.Here, the second
또한, 상기 실리콘 탄화질화물은 식각 내성이 우수하여 상기 하드 마스크를 사용하여 상기 도전막(110)을 식각하는 동안 거의 식각되지 않는다. 따라서, 상기 종횡비가 큰 게이트(122)를 형성함에 있어서, 상기 게이트(122)의 프로파일이 실질적으로 수직하게 형성될 수 있다.In addition, the silicon carbide nitride is excellent in etching resistance and is hardly etched during the etching of the
이어서, 상기 게이트(122)를 마스크로 불순물 주입을 수행하여 상기 노출된 반도체 기판(100) 표면에 예비 소스/드레인(124)을 형성한다. 상기 예비 소스/드레인 영역(124)은 이온 주입 또는 확산을 이용하여 형성할 수 있고, 상기 주입되는 불순물은 인(P)과 같은 3족 원소로써, 상기 소스/드레인 영역은 N형 반도체 영역이 된다.Subsequently, impurity implantation is performed using the
도시되어 있지는 않지만, 상기 게이트(122) 및 노출된 반도체 기판(100) 상에 스페이서용 제2 실리콘 질화막(도시되지 않음)을 연속적으로 형성하고, 상기 제2 실리콘 질화막에 대하여 전면 이방성 식각하여 상기 게이트 패턴의 측벽에 스페이서(도시되지 않음)를 형성한다.Although not shown, a second silicon nitride film (not shown) for spacers is continuously formed on the
상기 게이트(122) 및 스페이서를 마스크로 불순물 주입을 상기 예비 소스/드레인 영역(124)에 불순물 주입을 수행하여 소스/드레인 영역(도시되지 않음)을 형성한다.Impurity implantation is performed in the preliminary source /
이와 같이 상기 불순물 주입을 수행함으로써, 상기 반도체 기판(100)의 활성 영역에서는 게이트 패턴, 소스/드레인 영역으로 이루어지는 트랜지스터(transistor, 도시되지 않음)가 형성된다.By performing the impurity implantation as described above, a transistor (not shown) including a gate pattern and a source / drain region is formed in the active region of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도전막 패턴 상부에 위치하여 상기 도전막을 패터닝하기 위한 하드 마스크 패턴이 실리콘 탄화질화막(SiCN)으로 이루어져 종래에 사용되는 실리콘 질화막에 비해 인장 응력이 작아 이후에 형성되는 게이트의 쓰러짐을 방지할 수 있다.As described above, according to the preferred embodiment of the present invention, the hard mask pattern for patterning the conductive film is disposed on the conductive film pattern is made of silicon carbide nitride (SiCN), the tensile stress is higher than the conventional silicon nitride film It is small and can prevent the fall of the gate formed later.
또한, 상기 실리콘 탄화질화막의 식각 내성도 우수하여 상기 도전막이 패터닝되는 동안, 하드 마스크 패턴은 거의 식각되지 않아 이후에 형성되는 게이트의 프로파일은 실질적으로 수직하다.In addition, the etching resistance of the silicon carbide nitride film is also excellent, so that the hard mask pattern is hardly etched while the conductive film is patterned, so that the profile of the gate formed thereafter is substantially vertical.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050069022A KR20070014407A (en) | 2005-07-28 | 2005-07-28 | Method of forming a gate |
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KR1020050069022A KR20070014407A (en) | 2005-07-28 | 2005-07-28 | Method of forming a gate |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100844939B1 (en) * | 2007-06-14 | 2008-07-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for manufacturing semiconductor device with gate line of fine line width |
-
2005
- 2005-07-28 KR KR1020050069022A patent/KR20070014407A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100844939B1 (en) * | 2007-06-14 | 2008-07-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for manufacturing semiconductor device with gate line of fine line width |
US7790619B2 (en) | 2007-06-14 | 2010-09-07 | Hynix Semiconductor Inc | Method for fabricating semiconductor device having narrow channel |
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