KR20070026929A - Method of manufacturing a stacked semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술의 제1 실시예에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법에 의해 형성된 단결정 실리콘막 패턴을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a single crystal silicon film pattern formed by a method of manufacturing a stacked semiconductor device according to a first embodiment of the prior art.
도 2는 종래기술의 제2 실시예에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법에 의해 형성된 단결정 실리콘막 패턴을 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a single crystal silicon film pattern formed by a method of manufacturing a stacked semiconductor device according to a second embodiment of the prior art.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
100, 200 : 기판 102, 202 : 소자 분리막100, 200:
104, 204 : 게이트 절연막 패턴 106, 206 : 게이트 전극104, 204: gate
108, 208 : 게이트 스페이서 109, 209 : 게이트 구조물108, 208:
110, 210 : 소오스/드레인 영역 112, 212 : 제1 절연막 패턴110 and 210: source /
114, 214a : 제2 절연막 패턴 115, 215 : 제1 개구부114, 214a: Second
116, 216 : 시드막 패턴 118, 218 : 제2 개구부116 and 216
122, 222 : 스페이서 124, 224 : 단결정 실리콘막 패턴122, 222:
본 발명은 스택형 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다마신 방법을 통해 형성된 단결정 실리콘막을 포함하는 스택형 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a stacked semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a stacked semiconductor device including a single crystal silicon film formed through a damascene method.
일반적으로, 결정 구조에 따라 물질은 단결정(single crystal), 다결정(poly crystal) 및 비정질(amorphous)로 분류할 수 있다. 상기 단결정은 하나의 결정 구조로 이루어지고, 상기 다결정은 다수개의 결정 구조로 이루어지고, 상기 비정질은 물질 내부가 결정이 아닌 불규칙한 원자 배열로 이루어진다.In general, depending on the crystal structure, materials can be classified into single crystal, poly crystal, and amorphous. The single crystal is composed of one crystal structure, the polycrystal is composed of a plurality of crystal structures, and the amorphous is composed of an irregular atomic arrangement instead of a crystal inside the material.
상기 다결정은 다수개의 결정 구조로 이루어지기 때문에 많은 결정 입계(grain boundary)를 갖는다. 그리고, 상기 결정 입계가 많을 경우 전자 또는 정공(hole)과 같은 캐리어의 이동과 제어 등을 방해한다. 따라서, 스택형의 박막 트랜지스터(thin film transistor : TFT) 등을 포함하는 반도체 장치 또는 에스오씨(SOC : system on chip) 등의 제조에서는 액티브 영역을 형성하기 위한 채널막(channel layer)으로서 단결정 실리콘막을 주로 선택한다.Since the polycrystal is composed of a plurality of crystal structures, it has many grain boundaries. In addition, when the grain boundaries are large, the movement and control of carriers such as electrons or holes are hindered. Therefore, in the manufacture of a semiconductor device including a stacked thin film transistor (TFT) or the like or a system on chip (SOC) or the like, a single crystal silicon film is used as a channel layer for forming an active region. Mainly choose.
상기 단결정 실리콘막은 주로 단결정 실리콘으로 이루어지는 박막 상에 비정질 실리콘막을 형성한 후, 이를 열처리하여 상기 비정질 실리콘막의 결정 구조를 단결정으로 전환함으로서 획득할 수 있다.The single crystal silicon film may be obtained by forming an amorphous silicon film on a thin film mainly made of single crystal silicon, and then heat-treating the amorphous silicon film to convert the crystal structure of the amorphous silicon film into a single crystal.
또한, 상기 단결정 실리콘막은 시드를 노출하는 개구부를 형성한 이 후에 상기 개구부 내부를 채우도록 선택적 에피택시얼 성장(SEG; selective epitaxial growth) 공정을 수행하는 다마신 방식(DCS; damascence channel silicon)으로도 획득할 수 있다. 상기 선택적 에피택시얼 성장 공정을 수행하는 경우 공정 시간이 길어지고 공정 비용이 증가되는 단점이 있으나, 단결정 실리콘막 내에 결정 결함이 작기 때문에 채널로서의 특성이 향상된다.In addition, the single crystal silicon film may also be formed by a damascene channel silicon (DCS) process in which a selective epitaxial growth (SEG) process is performed to fill the inside of the opening after forming the opening exposing the seed. Can be obtained. When the selective epitaxial growth process is performed, the process time is long and the process cost is increased. However, since the crystal defects are small in the single crystal silicon film, the channel characteristics are improved.
한편, 상기 다마신 방식을 적용하여 단결정 실리콘막을 형성할 경우, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 단결정 실리콘막(22)의 형성 영역을 정의하는 제2 개구부(20)를 형성할 시에 상기 제2 개구부(20)의 측벽에서 단결정 실리콘막(22)이 잘 형성되지 않아 보이드(24)가 발생하는 문제점을 갖는다. 이는 시드막 패턴(16) 표면에서부터 선택적 에피택시얼 성장을 통해 상기 제2 개구부(20)를 채우도록 형성되는 단결정 실리콘막(22)이 상기 제2 개구부(20)의 측벽으로는 성장 프로파일이 불량하여 보이드(24)가 빈번하게 발생되는 것이다. 상기 보이드(24)에 의해서 상기 단결정 실리콘막 상에 형성되는 반도체 소자가 불량을 일으킬 수 있다.Meanwhile, when the single crystal silicon film is formed by applying the damascene method, as shown in FIG. 1, when the
따라서, 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 보이드(24)의 발생을 줄이기 위한 방편으로 포지티브 경사를 가지는 제2 개구부(20)를 형성할 수 있다. 상기와 같이 상기 제2 개구부(20)가 포지티브 경사를 갖는 경우, 상기 선택적 에피택셜 성장에 의한 단결정 실리콘막(22)의 성장 프로파일의 상기 포지티브 경사의 경사면을 따라 진행함으로써 상기 제2 개구부(20)의 측벽에서 보이드(24)의 발생이 개선될 수 있었다.Accordingly, as shown in FIG. 2, the
이후에, 제2 층간 절연막(18)을 열산화시키고, 상기 열산화된 부분을 제거함으로써 후속의 게이트를 형성하기 위한 폴리실리콘막(도시안됨)을 상기 단결정 실리콘막(22)의 측면의 일부에 형성시키는 공정을 진행할 수 있다. 이 때, 단결정 실리콘막(22)의 측면부를 감싸면서 형성되는 상기 폴리실리콘막은 전원부에서 단결정 실리콘막(22)으로 누설 전류가 발생하지 않도록 막아주는 캡(cap)으로 작용함으로써 작동 전압을 보다 상승시킬 수 있다.Thereafter, a polysilicon film (not shown) for thermally oxidizing the second
그러나, 상기 폴리실리콘막을 게이트 구조를 형성하기 위해 식각할 경우, 상기 제2 개구부(20)는 포지티브 경사를 갖고 있어 상기 폴리실리콘막과 접촉하는 상기 단결정 실리콘막(22)의 측벽 부위에 식각 가스가 침투하기 어렵고, 이로 인해 상기 제2 개구부(20)로부터 돌출된 상기 단결정 실리콘막(22)의 측벽에는 잔류 폴리실리콘(26)이 존재하게 된다. 상기 잔류 폴리실리콘(26)은 형성되는 메모리 소자의 불량을 초래한다. However, when the polysilicon film is etched to form a gate structure, the
따라서, 본 발명의 목적은 보이드가 적고, 측벽에 잔류 폴리실리콘이 존재하지 않는 채널로 제공되기에 적합한 단결정 실리콘막 패턴을 포함하는 스택형 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a stacked semiconductor device including a single crystal silicon film pattern suitable for providing a channel having few voids and no residual polysilicon on the sidewalls.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법으로서, 우선 기판 상에, 게이트 구조물을 형성한다. 상기 기판 상에 상기 게이트 구조물을 덮고, 상기 기판의 표면을 노출시키는 제1 개구부 들을 갖는 제1 절연막 패턴을 형성한다. 상기 제1 개구부들 내에 단결정 실리콘으로 이루어진 시드막 패턴을 형성한다. 상기 제1 절연막 패턴 상에 상기 시드막 패턴 및 게이트 구조물 상부에 존재하는 제1 절연막 패턴을 노출시키는 제2 개구부를 갖는 제2 절연막 패턴을 형성한다. 상기 제2 절연막 패턴의 상기 제2 개구부의 측벽에 스페이서를 형성한다. 상기 스페이서를 갖는 상기 제2 개구부에 매립된 단결정 실리콘막 패턴을 형성한다.As a method of manufacturing a stacked semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention, first, a gate structure is formed on a substrate. A first insulating layer pattern is formed on the substrate, the first insulating layer having first openings covering the gate structure and exposing a surface of the substrate. A seed film pattern made of single crystal silicon is formed in the first openings. A second insulating layer pattern having a second opening exposing the seed layer pattern and the first insulating layer pattern on the gate structure is formed on the first insulating layer pattern. Spacers are formed on sidewalls of the second openings of the second insulating layer pattern. A single crystal silicon film pattern buried in the second opening having the spacer is formed.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법으로서, 기판 상에, 게이트 구조물을 형성한다. 상기 기판 상에 상기 게이트 구조물을 덮고, 상기 기판의 표면을 노출시키는 제1 개구부들을 갖는 제1 절연막 패턴을 형성한다. 상기 제1 개구부들 내에 단결정 실리콘으로 이루어진 시드막 패턴을 형성한다. 상기 제1 절연막 패턴 상에 상기 시드막 패턴 및 게이트 구조물 상부에 존재하는 제1 절연막 패턴을 노출시키고, 상부 폭이 상기 하부 폭보다 큰 제2 개구부를 갖는 제2 예비 절연막 패턴을 형성한다. 상기 제2 개구부에 매립된 단결정 실리콘막 패턴을 형성한다. 상기 제2 예비 절연막 패턴의 상부를 일부 제거하여 제2 절연막 패턴을 형성한다. 상기 제2 절연막 패턴에 노출된 상기 단결정 실리콘막 패턴의 측벽에 스페이서를 형성한다.As a method of manufacturing a stacked semiconductor device according to another embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention, a gate structure is formed on a substrate. A first insulating layer pattern is formed on the substrate, the first insulating layer having first openings covering the gate structure and exposing a surface of the substrate. A seed film pattern made of single crystal silicon is formed in the first openings. A first preliminary insulating film pattern having a second opening having an upper width greater than the lower width is formed on the first insulating film pattern by exposing the seed film pattern and the first insulating film pattern on the gate structure. A single crystal silicon film pattern embedded in the second opening is formed. A part of the upper portion of the second preliminary insulating layer pattern is removed to form a second insulating layer pattern. Spacers are formed on sidewalls of the single crystal silicon film pattern exposed to the second insulating film pattern.
상기한 방법에 의하면, 상기 제2 개구부의 내부의 측벽에 스페이서를 형성함으로써, 상기 제2 개구부의 측벽이 포지티브 경사를 이루어 상기 제2 개구부의 측벽이 네거티브이거나 수직에 가까운 경사일 때 발생되는 보이드를 줄일 수 있다. 또한, 후속 공정의 게이트 형성을 위한 폴리실리콘막의 증착 및 식각에 있어서, 상 기 스페이서로 인하여 상기 단결정 실리콘막 패턴은 수직한 측벽을 갖게 된다. 이로 인해, 식각가스가 도달되지 못하여 미식각됨으로써 잔류 폴리실리콘이 남아있을 가능성이 줄어든다. 때문에, 반도체 소자의 불량을 감소시킬 수 있다.According to the above method, by forming a spacer on the sidewall of the inside of the second opening, the sidewall of the second opening is positively inclined so that the void generated when the sidewall of the second opening is negative or near vertically inclined. Can be reduced. In addition, in the deposition and etching of the polysilicon film for gate formation in a subsequent process, the single crystal silicon film pattern has vertical sidewalls due to the spacers. This reduces the likelihood that residual polysilicon remains as the etching gas is not reached and is etched. Therefore, the defect of the semiconductor element can be reduced.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a stacked semiconductor device according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면에 있어서, 반도체 기판, 층(막), 패턴들 또는 구조물들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 반도체 기판, 각 층(막), 영역 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 직접 반도체 기판, 각 층(막), 영역 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수도 있다.In the accompanying drawings, the dimensions of semiconductor substrates, layers (films), patterns, or structures are shown to be larger than actual for clarity of the invention. In the present invention, when each layer (film), region, pattern, or structure is referred to as being formed "on", "top" or "bottom" of a semiconductor substrate, each layer (film), region or patterns. Means that each layer (film), region, pattern or structure is directly formed on or below the semiconductor substrate, each layer (film), region or patterns, or is a different layer (film), another region, another pattern or Other structures may additionally be formed on the substrate.
실시예 1Example 1
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에, 소자 분리막(102) 및 게이트 구조물(109)을 형성한다.Referring to FIG. 3, an
이를 구체적으로 설명하면, 셸로우 트렌치 소자 분리(STI) 공정을 수행하여 기판(100) 상에 소자 분리막(102)을 형성하여 기판(100)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분한다. 이어서, 열 산화 공정, 화학기상증착 공정 또는 원자층적층 공정으로 소자 분리막(102)이 형성된 기판(100) 상에 게이트 절연막(도시안됨)을 형성한다. In detail, the
상기 게이트 절연막 상에 도전막(도시안됨) 및 게이트 마스크(도시안됨)를 순차적으로 형성한다. 상기 도전막은 불순물로 도핑된 폴리실리콘으로 구성되며, 이후 게이트 전극으로 패터닝 된다. 한편, 상기 도전막은 도핑된 폴리실리콘 및 금속 실리사이드로 이루어진 폴리실리사이드 구조로 형성될 수 있다. A conductive film (not shown) and a gate mask (not shown) are sequentially formed on the gate insulating film. The conductive layer is made of polysilicon doped with an impurity and then patterned into a gate electrode. On the other hand, the conductive film may be formed of a polysilicide structure consisting of doped polysilicon and metal silicide.
상기 게이트 마스크는 후속하여 형성되는 제1 층간 절연막(도시안됨)에 대하여 높은 식각 선택비를 갖는 물질로 형성된다. 예를 들면, 상기 제1 층간 절연막이 실리콘 산화물과 같은 산화물로 이루어질 경우에는, 상기 게이트 마스크는 실리콘 질화물과 같은 질화물로 이루어진다. The gate mask is formed of a material having a high etching selectivity with respect to a subsequently formed first interlayer insulating film (not shown). For example, when the first interlayer insulating film is made of an oxide such as silicon oxide, the gate mask is made of a nitride such as silicon nitride.
이어서, 상기 게이트 마스크를 식각마스크로 이용하여 상기 도전막 및 상기 게이트 절연막을 순차적으로 패터닝한다. 이에 따라, 기판(100) 상에는 게이트 절연막 패턴(104) 및 게이트 전극(106)이 형성된다. Subsequently, the conductive layer and the gate insulating layer are sequentially patterned using the gate mask as an etching mask. Accordingly, the gate insulating
이어서, 상기 게이트 전극(106)들이 형성된 기판(100) 상에 실리콘 질화막을 형성한 후, 이를 이방성 식각하여 게이트 전극(106)들의 양 측벽에 게이트 스페이서(108)를 형성한다. 그 결과, 게이트 절연막 패턴(104), 게이트 전극(106) 및 게이트 스페이서(108)를 포함하는 게이트 구조물(109)이 완성된다.Subsequently, after the silicon nitride film is formed on the
게이트 구조물(109)들을 이온주입 마스크로 이용하여 게이트 구조물(109)들 사이에 노출되는 기판(100)에 이온주입 공정으로 불순물을 주입한 후, 열처리 공정을 수행함으로써 기판(100)에 소오스/드레인 영역(110)에 해당되는 콘택 영역을 형성한다. 이어서, 상기 스페이서(108), 게이트 전극(106)의 상부면 및 기판(100) 상에 질화막 라이너(도시안됨)가 형성된다. Using the
도 4를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 게이트 구조물(109)을 덮고, 상기 기판(100)의 표면을 노출시키는 제1 개구부(115)들을 갖는 제1 절연막 패턴(112)을 형성한다. Referring to FIG. 4, a first insulating
이를 구체적으로 설명하면, 상기 기판(100) 상에 상기 게이트 구조물(109)을 완전히 매립하는 제1 층간 절연막을 형성한다. 일 예로서, 상기 제1 층간 절연막은 BPSG, PSG, USG, SOG 또는 HDP-CVD 등의 산화물로 이루어질 수 있다. In detail, a first interlayer insulating layer is formed on the
이어서, 화학 기계적 연마(CMP) 공정 또는 에치 백 공정을 이용하여 상기 제1 층간 절연막의 상부를 평탄화한다. Subsequently, the upper portion of the first interlayer insulating film is planarized using a chemical mechanical polishing (CMP) process or an etch back process.
이어서, 평탄화된 상기 제1 층간 절연막 상에 제1 포토레지스트 패턴(113)을 형성한 후 상기 제1 포토레지스트 패턴(113)에 노출된 상기 제1 층간 절연막을 이방성 식각한다. 그 결과, 상기 기판(100)의 콘택 영역(110)을 부분적으로 노출하는 제1 개구부(115)들이 형성된다. 이후에, 애싱 및 세정 공정을 수행하여 상기 제1 포토레지스트 패턴(113)을 제거한다. Subsequently, after the
도 5를 참조하면, 상기 제1 개구부(115)들 내에 단결정 실리콘으로 이루어진 시드막 패턴(116)을 형성한다.Referring to FIG. 5, a
이를 구체적으로 설명하면, 상기 기판(100) 표면을 시드로 사용하는 선택적 애피택시얼 성장(SEG)을 수행하여 상기 제1 개구부(115)에 충진되고, 상기 제1 절연막 패턴(112)을 덮는 시드막을 형성한다. In detail, the seed is filled in the
이어서, 상기 제1 개구부(115)들 내에 시드막 패턴(116)을 형성한다. 상기 시드막 패턴(116)은 상기 제1 개구부(115)의 측벽 프로파일로 인해 상부 폭이 하부 폭보다 크다. 이때, 선택적 에피택시얼 성장 공정 시의 공정 온도가 약 750℃ 미만이면 단결정 실리콘의 성장이 용이하게 이루어지지 않기 때문에 바람직하지 않고, 상기 공정 온도가 약 1,250℃를 초과하면 단결정 실리콘의 성장에 따른 공정 제어가 용이하지 않으므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 선택적 에피택시얼 성장 공정은 약 750 내지 1,250℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하고, 약 800 내지 900℃의 온도에서 수행하는 것이 보다 바람직하다. Subsequently, a
상기 선택적 에피택시얼 성장 공정 시에 사용되는 반응 가스는 실리콘 소스 가스를 사용한다. 상기 실리콘 소스 가스의 예로서는 실리콘테트라클로라이드(SiCl4), 실란(SiH4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로염화실란(SiHCl3) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.The reaction gas used in the selective epitaxial growth process uses a silicon source gas. Examples of the silicon source gas include silicon tetrachloride (SiCl 4 ), silane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorochloride silane (SiHCl 3 ), and the like. It is preferable to use these individually, and you may mix and use two or more as needed.
이후에, 일 예로서, 화학 기계적 연마 공정 또는 에치 백 공정을 이용하여 평탄화된 상기 제1 절연막 패턴(112)의 상면이 노출될 때까지 상기 시드막 패턴(116)을 식각할 수 있다.Thereafter, as an example, the
도 6을 참조하면, 상기 제1 절연막 패턴(112) 상에 상기 시드막 패턴(116)들 및 게이트 구조물(109) 상부에 존재하는 제1 절연막 패턴(112)을 노출시키는 제2 개구부(118)를 갖는 제2 절연막 패턴(114)을 형성한다.Referring to FIG. 6, a
이를 구체적으로 설명하면, 상기 제1 절연막 패턴(112) 및 상기 시드막 패턴(116)들 상에 산화물로 이루어지는 제2 층간 절연막(도시안됨)을 형성한다. 이어서, 화학 기계적 연마 공정 또는 에치 백 공정을 이용하여 상기 제2 층간 절연막의 상부를 평탄화한다. Specifically, a second interlayer insulating layer (not shown) made of an oxide is formed on the first insulating
이어서, 평탄화된 상기 제2 층간 절연막 상에 제2 포토레지스트 패턴(117)을 형성한 후 상기 제2 포토레지스트 패턴(117)에 노출된 상기 제2 층간 절연막을 이방성 식각한다. 그 결과, 상기 기판(100)의 상기 시드막 패턴(116)들 및 게이트 구조물(109) 상부에 존재하는 제1 절연막 패턴(112)을 부분적으로 노출하는 제2 개구부(118)가 형성된다. Subsequently, after forming a
이후에, 상기 제2 포토레지스트 패턴(117)을 애싱 및 세정 공정으로 제거하여 제2 개구부(118)를 갖는 제2 절연막 패턴(114)을 형성한다. Thereafter, the
도 7을 참조하면, 상기 제2 절연막 패턴(114)의 상면 및 제2 개구부(118)의 측벽, 저면 상에 스페이서용 질화막(120)을 연속적으로 형성한다. Referring to FIG. 7, a
구체적으로 설명하면, 상기 제2 절연막 패턴(114)의 상면 및 제2 개구부(118)의 측벽, 저면 상에 실질적으로 균일한 두께를 갖는 실리콘 질화물(SiN)로 이루어진 상기 스페이서용 질화막(120)을 형성한다. 상기 스페이서용 질화막(120)은 저압 화학기상증착(LPCVD) 공정으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 스페이서용 질화막(120)은 약 20 내지 400Å의 두께를 갖고, 바람직하게는 약 50 내지 200Å의 두께를 갖는다.Specifically, the
도 8을 참조하면, 상기 제2 개구부(118)에 노출된 제2 절연막 패턴(114)의 측벽에 스페이서(122)를 형성한다. Referring to FIG. 8,
구체적으로 설명하면, 상기 스페이서용 질화막(120)이 형성된 상기 제2 절연막 패턴(114)의 상면 및 제2 개구부(118)의 측벽, 저면 상을 이방성 식각한다. 그 결과, 상기 제2 개구부(118)에 노출된 제2 절연막 패턴(114)의 측벽에는 스페이서(122)가 형성된다. Specifically, anisotropic etching of the upper surface of the second insulating
도 9를 참조하면, 상기 스페이서(122)를 갖는 상기 제2 개구부(118)에 매립된 단결정 실리콘막 패턴(122)을 형성한다.Referring to FIG. 9, a single crystal
이를 구체적으로 설명하면, 상기 제2 개구부(118) 저면에 노출되어 있는 상기 시드막 패턴(116)을 시드로 사용하여 선택적 에피택셜 성장 공정을 수행한다. 그 결과 상기 스페이서(122)를 갖는 상기 제2 개구부(118) 내부에는 상기 제2 개구부(118)를 충분히 매우는 단결정 실리콘막(도시안됨)이 형성된다. 상기 단결정 실리콘막을 형성하기 위한 공정은 상기 시드막 패턴(116)을 형성하기 위한 공정과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. Specifically, the selective epitaxial growth process is performed using the
따라서, 상기 단결정 실리콘막은 상기 스페이서(122)가 형성되어 포지티브 경사를 갖는 제2 개구부(118)의 측벽을 따라 성장됨으로 인해 상기 제2 개구부(118)의 측벽에서 보이드의 생성이 감소된다. Therefore, the single crystal silicon film is formed along the sidewall of the
이후에, 상기 단결정 실리콘막을 상기 제2 절연막 패턴(114)의 상면이 노출되도록 화학 기계적 연마한다. 그 결과, 상기 제2 개구부(118) 내부에 채널로 제공 되기 위한 단결정 실리콘막 패턴(124)이 완성되다. Thereafter, the single crystal silicon film is chemically mechanically polished to expose the top surface of the second insulating
도 10을 참조하면, 상기 단결정 실리콘막 패턴(124)에 인접한 상기 제2 절연막 패턴(114)의 상부를 일부 제거한다. Referring to FIG. 10, an upper portion of the second insulating
이를 구체적으로 설명하면, 상기 제2 절연막 패턴(114)의 상부를 열산화시킨다. 이어서, 상기 열산화된 제2 절연막 패턴(114)을 제거한다. 일 예로서, 상기 제2 절연막 패턴은 50 내지 500Å의 두께가 제거될 수 있다. 이는 후속의 게이트를 형성하기 위한 폴리실리콘막(도시안됨)이 상기 단결정 실리콘막 패턴(114)의 측벽의 일부까지 형성되도록 상기 측벽을 노출시키는 공정이다. 그 결과, 단결정 실리콘막 패턴(114)의 측면부를 감싸면서 형성되는 상기 폴리실리콘막이 전류 차단막으로써 작용하여 인접한 전원부에서 단결정 실리콘막으로 누설 전류가 발생되지 않는다. In detail, the upper portion of the second insulating
이후에, 스택형 반도체 소자의 상부 게이트를 형성하기 위해 상기 제2 절연막 패턴(114) 및 단결정 실리콘막 패턴(114) 상에 폴리실리콘막을 적층한다. 상기 폴리실리콘막을 식각하여 게이트를 형성할 경우, 상기 단결정 실리콘막 패턴(114)의 측벽 프로파일이 상기 스페이서(122)에 의하여 수직에 가깝기 때문에 상기 단결정 실리콘막 패턴(114)의 측벽으로 식각 가스가 침투하기 쉬워 폴리실리콘이 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 잔류 폴리실리콘으로 인한 메모리 소자의 불량이 감소될 수 있다. Subsequently, a polysilicon film is stacked on the second insulating
본 실시예의 방법에 의하면, 다마신 방식을 사용하고 선택적 에피택셜 공정을 수행하여 단결정 실리콘막 패턴을 형성할 때 발생하는 보이드 문제를 상기 제2 개구부의 측벽에 스페이서를 형성함으로서 줄일 수 있다. 또한, 후속의 폴리실리콘막의 형성 후 식각 공정을 진행할 때 상기 단결정 실리콘막 패턴의 측벽이 수직함으로써 식각가스가 도달되지 못하여 잔류 폴리실리콘이 생성되는 것을 방지할 수 있다. According to the method of the present embodiment, the void problem that occurs when the single crystal silicon film pattern is formed by using the damascene method and performing the selective epitaxial process can be reduced by forming spacers on the sidewalls of the second openings. In addition, when the etching process is performed after the subsequent formation of the polysilicon film, the sidewalls of the single crystal silicon film pattern may be vertical to prevent the etching gas from reaching and thus prevent the remaining polysilicon from being generated.
따라서, 본 실시예의 방법에 의한 단결정 실리콘막 패턴을 채널로 채용함으로서, 전기적 특성 및 신뢰성이 향상된 스택형 반도체 소자를 용이하게 제조할 수 있다. Therefore, by employing the single crystal silicon film pattern according to the method of the present embodiment as a channel, it is possible to easily manufacture a stacked semiconductor device having improved electrical characteristics and reliability.
실시예 2Example 2
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예 2에 따른 스택형 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a stacked semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
우선, 도 3 내지 도 5을 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행함으로서, 도 6에 도시된 것과 같이, 기판 상에 상기 제1 절연막 패턴(212), 제2 층간 절연막(도시안됨) 및 제2 포토레지스트 패턴(도시안됨)을 형성하고 패터닝한다. First, by performing the same process as described with reference to FIGS. 3 to 5, as shown in FIG. 6, the first insulating
도 11을 참조하면, 상기 제1 절연막 패턴(212) 상에 상기 시드막 패턴(216) 및 게이트 구조물(209) 상부에 존재하는 제1 절연막 패턴(212)을 노출시키고, 상부 폭이 상기 하부 폭보다 큰 제2 개구부(218)를 갖는 제2 예비 절연막 패턴(214)을 형성한다. 이어서, 애싱 및 세정 공정을 수행하여 상기 제2 포토레지스트 패턴을 제거한다. Referring to FIG. 11, the seed insulating
도 12를 참조하면, 상기 제2 개구부(218)에 매립된 단결정 실리콘막 패턴 (224)을 형성한다. 이 때, 상기 단결정 실리콘막 패턴(224)을 형성하기 위한 공정은 상기 실시예 1의 시드막 패턴(116)을 형성하기 위한 공정과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 12, a single crystal
도 13을 참조하면, 상기 제2 예비 절연막 패턴(214)의 상부를 일부 제거하여 제2 절연막 패턴(214a)을 형성한다. 이어서, 상기 제2 절연막 패턴(214a)의 상면 및 제2 개구부(218)의 측벽, 저면 상에 스페이서용 질화막(220)을 연속적으로 형성한다.Referring to FIG. 13, a portion of the second preliminary insulating
상기와 같이 형성된 단결정 실리콘막 패턴(224) 및 일부가 제거된 제2 절연막 패턴(214a) 상에 후속의 게이트 형성을 위한 폴리실리콘막(도시안됨)을 증착하고 식각하는 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 잔류 폴리실리콘으로 인한 문제가 나타날 수 있다. 따라서, 상기 잔류 폴리실리콘이 남겨질 수 있는 상기 단결정 실리콘막 패턴(224)의 측벽에 후속 공정의 절연물로 이루어지는 스페이서(222, 도 14)를 형성함으로써 가능성을 차단할 수 있다.In the case of depositing and etching a polysilicon film (not shown) for subsequent gate formation on the single crystal
도 14를 참조하면, 상기 제2 절연막 패턴(214a)에 노출된 단결정 실리콘막 패턴(224)의 측벽에 스페이서(222)를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 상기 스페이서용 질화막(220)을 이방성 식각하여 상기 단결정 실리콘막 패턴(224)의 측벽에 스페이서(222)를 형성시킨다.Referring to FIG. 14,
상기 공정에 의해, 상기 단결정 실리콘막 패턴의 측벽 프로파일이 상기 스페이서의 형성에 의하여 수직에 가깝기 됨으로써, 후속 공정의 폴리실리콘막의 형성 후 식각 공정을 진행할 때 잔류 폴리실리콘으로 인한 문제가 해결될 수 있다. 따라 서, 상기 잔류 폴리실리콘에 의한 메모리 소자의 불량을 감소시킬 수 있다.By the above process, the sidewall profile of the single crystal silicon film pattern is close to the vertical by the formation of the spacer, so that the problem due to the residual polysilicon may be solved when the etching process is performed after the polysilicon film is formed in the subsequent process. Therefore, the defect of the memory device due to the residual polysilicon can be reduced.
따라서, 상기 실시예 1의 방법과 같이 단결정 실리콘막 패턴을 채널로 채용함으로서, 전기적 특성 및 신뢰성이 향상된 스택형 반도체 소자를 용이하게 제조할 수 있다. Therefore, by employing a single crystal silicon film pattern as a channel as in the method of Example 1, it is possible to easily manufacture a stacked semiconductor device having improved electrical characteristics and reliability.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 단결정 실리콘막 패턴은 제2 개구부의 측벽에 스페이서를 형성하여 보이드의 발생을 줄임으로써 전기적 신뢰성이 향상된다. As described above, the single crystal silicon film pattern according to the present invention improves electrical reliability by reducing the occurrence of voids by forming spacers on the sidewalls of the second openings.
또한, 본 발명의 방법에 의해 형성된 단결정 실리콘막 패턴을 포함하는 스택형 반도체 소자를 형성하는 경우에 있어서, 상기 스페이서의 형성으로 상기 단결정 실리콘막 패턴의 측벽 프로파일이 수직에 가깝게 된다. 이로 인해, 상부의 게이트 형성을 위한 폴리실리콘막의 증착 후 식각 공정이 진행될 때 잔류 폴리실리콘이 남지 않아서 소자 불량이 감소될 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 전기적 특성이 향상된다.In addition, in the case of forming a stacked semiconductor device including a single crystal silicon film pattern formed by the method of the present invention, the sidewall profile of the single crystal silicon film pattern is close to vertical by the formation of the spacer. As a result, when the etching process is performed after the deposition of the polysilicon film for forming the upper gate, residual polysilicon does not remain, so that device defects may be reduced. Thus, the electrical characteristics of the semiconductor device are improved.
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 (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050079158A KR20070026929A (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Method of manufacturing a stacked semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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KR1020050079158A KR20070026929A (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Method of manufacturing a stacked semiconductor device |
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2005
- 2005-08-29 KR KR1020050079158A patent/KR20070026929A/en not_active Application Discontinuation
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