KR20070021504A - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, STAR(Step-gated asymmetry recess) 셀을 형성하기 위한 반도체 소자의 제조방법으로서, 활성영역을 한정하는 소자분리막이 구비된 반도체기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 활성영역의 중앙부를 가리는 산화막패턴을 형성하는 단계와, 상기 산화막패턴 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서를 포함한 산화막패턴 양측의 기판 활성영역 부분을 식각하여 활성영역을 단차지도록 만드는 단계와, 상기 스페이서를 제거하는 단계와, 상기 산화막패턴 앙측의 활성영역 단차부 각각에 상기 산화막패턴과 접하며 게이트절연막과 제1도전막의 적층막으로 이루어진 적층패턴을 형성하는 단계와, 상기 적층패턴을 덮도록 결과물의 전면 상에 산화막을 증착하는 단계와, 상기 산화막을 포함한 기판 결과물을 제1도전막이 노출되도록 CMP하여 평탄화시키는 단계와, 상기 결과물 상에 제2도전막과 하드마스크막을 차례로 형성하는 단계와, 상기 하드마스크막과 제2도전막을 패터닝하여 게이트절연막, 제1도전막, 제2도전막 및 하드마스크막의 적층막으로 이루어진 게이트를 형성하는 단계와, 상기 게이트 양측의 잔류된 산화막패턴과 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
Description
도 1a와 도 1b는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 단면도.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
300 : 반도체기판 301 : 소자분리막
302 : 산화막패턴 303a : 제1질화막
303 : 제1질화막 스페이서 304a : 제2질화막
304 : 제2질화막 스페이서 305 : 산화막
310 : 게이트절연막 320a : 제1도전막
320b : 제2도전막 330 : 하드마스크막
350 : 게이트
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 계단형 게이트를 갖는 STAR 셀 제조시 게이트 오정렬을 방지할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근, 고집적 모스펫(MOSFET) 소자의 디자인 룰이 100nm급 이하로 급격히 감소함에 따라 그에 대응하는 셀 트랜지스터의 채널 길이도 매우 감소되는 실정이다. 또한, 반도체기판의 도핑 농도 증가에 따른 전계(Electric field) 증가로 접합 누설전류가 증가하여 기존의 플래너(planer) 채널 구조를 갖는 트랜지스터의 구조로는 디램(DRAM)의 리프레쉬 특성을 향상시키는데 그 한계점에 이르렀다. 이에 따라, 유효 채널 길이(effective channel length)를 확보할 수 있는 다양한 연구가 진행되고 있다.
이러한 노력의 하나로 최근 STAR(Step-gated asymmetry recess) 셀 구조가 제안되었다. STAR 셀은 활성영역의 일부를 식각하여 상기 활성영역이 단차지도록 만들고, 이렇게 단차진 활성영역의 단차부에 계단형 게이트를 형성하여 모스펫 소자에서의 유효 채널 길이를 증가시켜 준 구조로서, 단채널효과를 줄여주어 낮은 문턱전압 도우즈로도 원하는 정도의 문턱전압을 얻을 수 있으며, 그러므로, 모스펫 소자에 걸리는 전계를 낮출 수 있어서 데이터를 갱신하는 리프레쉬 시간을 기존의 평면형 셀 구조에 비해 3배 이상 증가시킬 수 있다.
특히, 이와 같은 STAR 셀은 기존 공정에 간단한 공정을 추가하거나 변경하여 구현할 수 있으므로, 그 적용이 매우 용이해서 현재로선 메모리 반도체 소자의 고집적화에 따른 문턱전압 마진 및 리프레쉬 시간의 감소 문제를 해결할 수 있는 매 우 유효한 방법으로 대두되고 있다.
도 1a와 도 1b는 종래 기술에 따른 STAR 셀 구조를 갖는 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1a을 참조하면, 활성영역을 한정하는 소자분리막(101)이 구비된 반도체기판(100)을 마련한다. 그런다음, 상기 기판(100) 활성영역의 길이방향에 따른 양측부 일부 두께를 식각하여 중앙부가 돌출된 단차진 활성영역을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 상기 단차진 활성영역의 단차부에 비대칭 단차(asymmetry step) 구조의 게이트(150)를 형성한다. 여기서, 상기 게이트(150)는 게이트절연막(110), 게이트도전막(120) 및 게이트 하드마스크막(130)의 적층구조로 형성한다. 그리고, 상기 게이트도전막(120)은 통상 폴리실리콘막과 금속실리사이드막의 적층막으로 구성한다.
이후, 도시하지는 않았으나, 상기 게이트(150) 양측 기판(100) 내에 소오스 및 드레인 영역을 형성하고, 계속하여, 일련의 후속 공정을 차례로 수행하여 STAR 셀 구조를 갖는 반도체 소자를 제조한다.
그러나, 종래의 STAR 셀 형성 공정에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트가 소망하는 위치에서 벗어나 한쪽으로 치우치는 게이트 오정렬(gate miss-align)이 발생했을 때, 하나의 활성영역 상에 존재하는 두 개의 트랜지스터간 특성 차이가 플래너(planer) 셀에서 보다 2배 이상 크게 발생되기 때문에, 소자 특성의 균일성(uniformity)이 저하되고 수율이 떨어지는 문제점이 있다. 상기한 종래 기술의 문제점을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
전술한 STAR 셀 형성 공정에서 게이트는 식각된 활성영역과 식각되지 않은 활성영역을 걸쳐서 형성되는데, 이때, 게이트와 식각되지 않은 활성영역의 중첩(overlay) 면적이 게이트의 문턱전압에 큰 영향을 끼친다. 상기 중첩영역이 감소할수록 그 부분에 전계가 집중되어 채널의 문턱전압이 증가한다.
그런데, 게이트 오정렬이 발생하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트들이 어느 한쪽 방향으로 치우치게 되므로, 도면에서 좌측 게이트의 중첩(overlay)면적은 감소하고, 우측 게이트의 중첩(overlay)면적은 증가한다. 그러므로, 좌측 트랜지스터의 문턱전압은 증가하고 반면 우측 트랜지스터의 문턱전압은 감소하여 좌우측 트랜지스터간 큰 특성 편차가 발생하고(게이트가 10nm 만큼 오정렬될 경우 좌우측 트랜지스터간 50mV 정도의 문턱전압 차이 발생), 이에 따라, 소자간 특성 균일성이 크게 열화된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, STAR 셀 제조시 게이트 오정렬을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, STAR 셀을 형성하기 위한 반도체 소자의 제조방법으로서, 활성영역을 한정하는 소자분리막이 구비된 반도체기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 활성영역의 중앙부를 가리는 산화막패턴을 형성하는 단계; 상기 산화막패턴 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서를 포함한 산화막패턴 양측의 기판 활성영역 부분을 식각하여 활성영역을 단차지도록 만드는 단계; 상기 스페이서를 제거하는 단계; 상기 산화막패턴 앙측의 활성영역 단차부 각각에 상기 산화막패턴과 접하며 게이트절연막과 제1도전막의 적층막으로 이루어진 적층패턴을 형성하는 단계; 상기 적층패턴을 덮도록 결과물의 전면 상에 산화막을 증착하는 단계; 상기 산화막을 포함한 기판 결과물을 제1도전막이 노출되도록 CMP하여 평탄화시키는 단계; 상기 결과물 상에 제2도전막과 하드마스크막을 차례로 형성하는 단계; 상기 하드마스크막과 제2도전막을 패터닝하여 게이트절연막, 제1도전막, 제2도전막 및 하드마스크막의 적층막으로 이루어진 게이트를 형성하는 단계; 및 상기 게이트 양측의 잔류된 산화막패턴과 산화막을 제거하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 스페이서는 질화막으로 형성하고, 상기 게이트절연막은 산화막으로 형성한다.
상기 적층패턴을 형성하는 단계는, 상기 산화막패턴 양측의 활성영역 표면에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 기판 결과물의 전면 상에 제1도전막을 형성하는 단계; 상기 산화막패턴을 둘러싸도록 형성된 제1도전막 부분의 양측벽에 질화막 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 질화막 스페이서를 식각장벽으로 이용해서 제1도전막 및 게이트절연막을 식각하는 단계;를 포함한다.
상기 제1도전막은 폴리실리콘막이며, 상기 제2도전막은 금속실리사이드막으로서, 본 발명에서는 상기 금속실리사이드막으로 텅스텐실리사이드막을 사용한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 활성영역을 한정하는 소자분리막(301)이 구비된 반도체기판(300)을 마련한 후, 상기 기판(300) 활성영역의 길이방향에 따른 중앙부를 가리는 산화막패턴(302)을 형성한다. 그런다음, 상기 산화막패턴(302)을 덮도록 기판 상에 일정한 두께로 제1질화막(303a)을 증착한다.
도 3b를 참조하면, 상기 제1질화막(303a)을 이방성 식각하여 산화막패턴(302) 양측벽에 제1질화막 스페이서(303)를 형성한다.
도 3c를 참조하면, 상기 제1질화막 스페이서(303)를 포함한 산화막패턴(302)을 식각장벽으로 이용해서 활성영역의 양측부 일부 두께를 식각하여 활성영역을 단차지도록 만든다.
도 3d를 참조하면, 상기 제1질화막 스페이서(303)를 질화막에 고선택비를 갖는 식각용액을 이용하여 선택적으로 제거한다. 그런다음, 상기 산화막패턴(302) 양측의 활성영역 표면에 산화막 재질의 게이트절연막(310)을 형성한다.
계속해서, 상기 기판 결과물 전면에 상기 산화막패턴(302)을 둘러싸도록 폴리실리콘 재질의 제1도전막(320a)을 증착한다. 이어서, 상기 산화막패턴(302) 상에 일정한 두께로 제2질화막(304a)을 증착한다.
도 3e를 참조하면, 상기 제2질화막을 이방성 식각하여 상기 산화막을 둘러싸 도록 형성된 제1도전막(320a) 부분의 양측벽에 제2질화막 스페이서(304)를 형성한다.
도 3f를 참조하면, 상기 제2질화막 스페이서(304)를 식각장벽으로 이용해서 제1도전막(320a)과 게이트절연막(310)을 식각한다. 이때, 활성영역 중앙부의 제1도전막(320a)은 활성영역 양측부의 제1도전막(320a)에 비해 두께가 충분히 두껍기 때문에, 활성영역 양측부의 기판 부분만 노출되고, 활성영역의 단차부에 산화막패턴(302)과 접하면서 게이트절연막(310)과 제1도전막(320a)의 적층막으로 이루어진 적층패턴이 형성된다.
도 3g를 참조하면, 상기 적층패턴(310, 320a)을 덮도록 기판 결과물의 전면 상에 산화막(305)을 증착한다. 그런다음, 상기 산화막(305)을 포함한 기판 결과물을 제1도전막(320a)이 노출되도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 평탄화시킨다.
도 3h를 참조하면, 상기 결과물 상에 텅스텐실리사이드 재질의 제2도전막(320b)을 형성한 후, 이어서, 상기 제2도전막(320b) 상에 하드마스크막(330)을 형성한다. 그런다음, 상기 하드마스크막(330)과 제2도전막(320b)을 패터닝하여 게이트절연막(310), 제1도전막(320a), 제2도전막(320b) 및 하드마스크막(330)의 적층막으로 이루어진 게이트(350)를 형성한다.
이상과 같이, 본 발명에서는 활성영역 중앙부에 산화막패턴(302)과 제1질화막 스페이서(303)로 구성된 식각마스크를 형성한 후, 상기 식각마스크를 이용하여 활성영역의 양측부를 식각하고나서, 상기 제1질화막 스페이서(303)를 제거한 상태 에서, 상기 산화막패턴(302) 앙측의 활성영역 단차부 각각에 상기 산화막패턴(302)과 접하며 게이트절연막(310)과 제1도전막(320a)의 적층막으로 이루어진 게이트용 적층패턴을 형성함으로써, 활성영역 단차부와 게이트(350)가 오절렬되는 현상을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 게이트와 활성영역 중앙부의 중첩(overlay) 면적을 균일하게 만들 수 있기 때문에, 상기 중첩 면적 변동에 기인하는 트랜지스터간 특성 변동을 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 방법에 따르면 소자 특성의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있고, 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 게이트절연막(310)과 제1도전막(320a)의 적층패턴 상에 형성되는 제2도전막(320a)과 하드마스크막(330)은 오정렬될 수 있지만, 상기 제2도전막(320a)과 하드마스크막(330)의 오정렬은 식각되지 않은 활성영역과 게이트의 중첩(overlay) 면적에는 어떠한 영향도 주지 않으므로, 상기 중첩(overlay) 면적의 변동에 따른 문턱전압 변동폭 증가 현상은 발생하지 않는다.
도 3i를 참조하면, 상기 게이트(350) 양측의 잔류된 산화막패턴(302)과 산화막(305)을 산화막에 고선택비를 갖는 식각용액을 이용하여 제거한다.
이후, 도시하지는 않았으나, 상기 게이트(350) 양측 기판(300) 내에 소오스 및 드레인 영역을 형성하고, 계속해서, 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 반도체 소자를 제조한다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 STAR 셀 구조를 갖는 반도체 소자의 제조시, 활성영역의 단차부와 게이트가 오절렬되는 현상을 방지할 수 있어서, 게이트가 활성영역 중앙부와 중첩(overlay)되는 면적을 균일하게 만들 수 있고, 이에 따라, 상기 중첩 면적 변동에 기인하는 트랜지스터간 특성 변동을 방지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 방법에 따르면, 소자 특성의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있고 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (7)
- STAR(Step-gated asymmetry recess) 셀을 형성하기 위한 반도체 소자의 제조방법으로서,활성영역을 한정하는 소자분리막이 구비된 반도체기판을 제공하는 단계;상기 기판 상에 활성영역의 중앙부를 가리는 산화막패턴을 형성하는 단계;상기 산화막패턴 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계;상기 스페이서를 포함한 산화막패턴 양측의 기판 활성영역 부분을 식각하여 활성영역을 단차지도록 만드는 단계;상기 스페이서를 제거하는 단계;상기 산화막패턴 앙측의 활성영역 단차부 각각에 상기 산화막패턴과 접하며 게이트절연막과 제1도전막의 적층막으로 이루어진 적층패턴을 형성하는 단계;상기 적층패턴을 덮도록 결과물의 전면 상에 산화막을 증착하는 단계;상기 산화막을 포함한 기판 결과물을 제1도전막이 노출되도록 CMP하여 평탄화시키는 단계;상기 결과물 상에 제2도전막과 하드마스크막을 차례로 형성하는 단계;상기 하드마스크막과 제2도전막을 패터닝하여 게이트절연막, 제1도전막, 제2도전막 및 하드마스크막의 적층막으로 이루어진 게이트를 형성하는 단계; 및상기 게이트 양측의 잔류된 산화막패턴과 산화막을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서는 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 게이트절연막은 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1도전막은 폴리실리콘막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적층패턴을 형성하는 단계는,상기 산화막패턴 양측의 활성영역 표면에 게이트절연막을 형성하는 단계;상기 기판 결과물의 전면 상에 제1도전막을 형성하는 단계;상기 산화막패턴을 둘러싸도록 형성된 제1도전막 부분의 양측벽에 질화막 스페이서를 형성하는 단계; 및상기 질화막 스페이서를 식각장벽으로 이용해서 제1도전막 및 게이트절연막을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2도전막은 금속실리사이드막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 금속실리사이드막은 텅스텐실리사이드막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020050075798A KR20070021504A (ko) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | 반도체 소자의 제조방법 |
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| KR1020050075798A KR20070021504A (ko) | 2005-08-18 | 2005-08-18 | 반도체 소자의 제조방법 |
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|---|---|
| KR20070021504A true KR20070021504A (ko) | 2007-02-23 |
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ID=43653523
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100822614B1 (ko) * | 2007-05-07 | 2008-04-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 및 이의 제조 방법 |
| KR100881494B1 (ko) * | 2007-08-09 | 2009-02-05 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 제조방법 |
-
2005
- 2005-08-18 KR KR1020050075798A patent/KR20070021504A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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| KR100822614B1 (ko) * | 2007-05-07 | 2008-04-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 및 이의 제조 방법 |
| KR100881494B1 (ko) * | 2007-08-09 | 2009-02-05 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 제조방법 |
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