KR20070036494A - Method for forming semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리세스 게이트 형성시 오정렬에 의한 접합 어택을 방지하는데 적합한 반도체 소자 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 리세스가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 리세스가 형성된 반도체 기판 상에 제1게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 제1게이트절연막 상에 상기 리세스를 매립하는 플러그를 형성하는 단계; 상기 제1게이트절연막을 제거하는 단계; 상기 제1게이트절연막이 제거된 상기 반도체 기판 상에 제2게이트절연막을 형성하는 단계; 마스크를 사용하여 상기 제2게이트절연막을 식각하되, 상기 리세스의 모서리를 덮도록 상기 2게이트절연막의 일부를 잔류시키는 단계; 및 상기 제2게이트절연막 상에 상기 플러그의 모서리를 덮는 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device suitable for preventing a junction attack due to misalignment when forming a recess gate, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention for preparing a recessed semiconductor substrate; Forming a first gate insulating film on the recessed semiconductor substrate; Forming a plug filling the recess on the first gate insulating film; Removing the first gate insulating film; Forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate from which the first gate insulating film is removed; Etching the second gate insulating layer using a mask, but leaving a portion of the second gate insulating layer to cover the edge of the recess; And forming a gate covering an edge of the plug on the second gate insulating layer.

리세스 게이트, 오정렬, 게이트 산화막 Recess gate, misalignment, gate oxide

Description

반도체 소자 제조 방법{METHOD FOR FORMING SEMICONDUCTOR DEVICE} Semiconductor device manufacturing method {METHOD FOR FORMING SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art;

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 공정 단면도, 2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 반도체 기판 22 : 소자분리막21 semiconductor substrate 22 device isolation film

23 : 리세스 24 : 제1게이트산화막23 recess 24 first gate oxide film

25a : 플러그 26 : 제2게이트산화막25a: plug 26: second gate oxide film

27 : 제1포토레지스트 패턴 28a : 제1게이트전도막27: first photoresist pattern 28a: first gate conductive film

29a : 제2게이트전도막 30a : 게이트하드마스크29a: second gate conductive film 30a: gate hard mask

31 : 제2포토레지스트 패턴31: second photoresist pattern

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 리세스 게이트 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a method of forming a recess gate in a semiconductor device.

일반적으로 플래너(Planar) 게이트 형성 방법은 게이트를 평탄한 기판의 액티브 영역 상에 형성하는 방법으로 패턴 크기의 축소화에 의해 게이트 채널 길이가 점점 작아지고 이온 도핑 농도 증가에 따라 전계(Electric Field) 증가에 기인한 접합 누설에 의해 소자의 리프레시 특성을 확보하기가 어렵다.In general, a planar gate forming method is a method in which a gate is formed on an active region of a flat substrate. The gate channel length is gradually decreased due to the reduction of the pattern size, and is due to the increase in the electric field as the ion doping concentration increases. It is difficult to ensure the refreshing characteristics of the device due to one junction leakage.

이를 개선하기 위한 게이트 형성 방법으로, 반도체 소자가 100㎚ 이하의 수준으로 고집적화됨에 따라 반도체 기판 내부에 형성된 리세스를 통하여 게이트를 형성한 리세스 채널을 갖는 트랜지스터 구조가 제안되었다.As a gate forming method for improving this, a transistor structure having a recess channel having a gate formed through a recess formed in a semiconductor substrate as a semiconductor device is highly integrated to a level of 100 nm or less has been proposed.

이것은 트랜지스터의 채널이 형성될 영역에 리세스를 형성하여 유효 채널 길이를 증가시킴으로써, 소스와 드레인의 불순물들이 측면으로 확산되는 펀치 스루(Punch through) 효과를 개선하고 실질적으로 소스와 드레인 사이의 거리를 넓인다. This increases the effective channel length by forming a recess in the region where the channel of the transistor is to be formed, thereby improving the punch through effect in which the impurities of the source and drain diffuse laterally and substantially reducing the distance between the source and drain. Widen

또한, 소스/드레인 접합과 채널 형성 영역이 높아진(Elevated) 구조로 형성되어 채널 도핑에 의한 접합 누설(Junction Leakage)을 최소화할 수 있어 궁국적으로는 반도체 소자의 고집적화에 도움을 준다. In addition, since the source / drain junction and the channel formation region are formed in an elevated structure, junction leakage due to channel doping can be minimized, which ultimately helps high integration of semiconductor devices.

따라서, 리세스 게이트 공정을 적용하여 채널 길이 증가 및 이온 도핑 농도 감소가 가능하여 소자의 리프레시 특성이 크게 개선된다.Therefore, by applying the recess gate process, it is possible to increase the channel length and reduce the ion doping concentration, thereby greatly improving the refresh characteristics of the device.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(12)이 형성된 반도체 기판(11)의 소정 영역 상에 리세스(13)를 형성한다.As shown in FIG. 1A, a recess 13 is formed on a predetermined region of the semiconductor substrate 11 on which the device isolation film 12 is formed.

이어서, 리세스(13)를 포함한 반도체 기판(11) 상에 게이트 산화막(14)을 형성한다.Next, the gate oxide film 14 is formed on the semiconductor substrate 11 including the recess 13.

다음으로 게이트 산화막(14) 상에 게이트 전도막으로 폴리실리콘막(15)과 텅스텐실리사이드(16)를 적층 형성하고, 텅스텐실리사이드(16) 상에 게이트 하드마스크(17)를 증착한다.Next, a polysilicon film 15 and a tungsten silicide 16 are laminated on the gate oxide film 14 as a gate conductive film, and a gate hard mask 17 is deposited on the tungsten silicide 16.

계속해서, 게이트 하드마스크(17)의 소정 영역 상에 포토레지스트 패턴(18)을 형성한다.Subsequently, the photoresist pattern 18 is formed on the predetermined region of the gate hard mask 17.

도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(18)을 식각 베리어로 하여 게이트 하드마스크(17)을 식각하고, 식각된 게이트 하드마스크(17a)를 식각 베리어로 하여 텅스텐실리사이드(16) 및 폴리실리콘막(15)을 차례로 패터닝하여, 게이트 산화막(13)/폴리실리콘막(15a)/텅스텐실리사이드(16a)/게이트 하드마스크(17a)가 적층 형성된 리세스 게이트를 형성한다.As shown in FIG. 1B, the gate hard mask 17 is etched using the photoresist pattern 18 as an etch barrier, and the tungsten silicide 16 and polysilicon are etched using the etched gate hard mask 17a as an etch barrier. The film 15 is sequentially patterned to form a recess gate in which the gate oxide film 13 / polysilicon film 15a / tungsten silicide 16a / gate hard mask 17a are stacked.

이 때, 패터닝된 폴리실리콘막(15), 텅스텐실리사이드(16) 및 게이트 하드마스크(17)는 폴리실리콘막(15a), 텅스텐실리사이드(16a) 및 게이트 하드마스크(17a)로 약칭한다. At this time, the patterned polysilicon film 15, tungsten silicide 16, and gate hard mask 17 are abbreviated as polysilicon film 15a, tungsten silicide 16a, and gate hard mask 17a.

그러나, 반도체 소자가 초미세 패턴화되는 과정에서 레시스 패턴을 형성할 수 있는 사이즈의 감소로 리세스 게이트 패터닝시 정렬 마진이 취약해지고 있으며 도 1c에 도시된 바와 같이, 리세스(13)와 리세스 게이트간의 오정렬(A)이 발생하여 장치의 제조시 수율 저하와 같은 문제로 DRAM 생산에 어려움을 겪게 된다.However, due to the reduction in the size of forming the resist pattern in the process of ultrafine patterning of the semiconductor device, alignment margins become weak during the recess gate patterning. As shown in FIG. 1C, the recess 13 and the recess are shown. Misalignment (A) between the set gates occurs, which causes difficulties in DRAM production due to problems such as a decrease in yield in manufacturing devices.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 리세스 게이트 형성시 오정렬에 의한 접합 어택을 방지하는데 적합한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device suitable for preventing a junction attack caused by misalignment when forming a recess gate.

상기 목적을 달성하기 위한 특징적인 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 리세스가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 리세스가 형성된 반도체 기판 상에 제1게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 제1게이트절연막 상에 상기 리세스를 매립하는 플러그를 형성하는 단계, 상기 제1게이트절연막을 제거하는 단계, 상기 제1게이트절연막이 제거된 상기 반도체 기판 상에 제2게이트절연막을 형성하는 단계, 마스크를 사용하여 상기 제2게이트절연막을 식각하되, 상기 리세스의 모서리를 덮도록 상기 2게이트절연막의 일부를 잔류시키는 단계, 및 상기 제2게이트절연막 상에 상기 플러그의 모서리를 덮는 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.A semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a semiconductor substrate having a recess, forming a first gate insulating film on the semiconductor substrate with a recess, the first gate insulating film Forming a plug filling the recess on the substrate; removing the first gate insulating layer; forming a second gate insulating layer on the semiconductor substrate from which the first gate insulating layer is removed; using a mask Etching the second gate insulating layer, leaving a portion of the second gate insulating layer to cover the edge of the recess, and forming a gate covering the edge of the plug on the second gate insulating layer. .

또한, 본 발명은 리세스가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계, 상기 리세 스가 형성된 반도체 기판 상에 제1게이트절연막을 형성하는 단계, 상기 제1게이트절연막 상에 전도막을 형성하여 상기 리세스를 매립하는 단계, 상기 제1게이트절연막을 식각 타깃으로 상기 전도막을 평탄화 식각하여 플러그를 형성하는 단계, 상기 플러그가 형성된 결과물의 전면에 제2게이트절연막을 형성하되, 상기 플러그 측면부에 두껍게 형성되는 단계, 상기 플러그 상의 제2게이트절연막을 블랭킷 건식 식각하는 단계, 및 상기 플러그 상에 게이트를 형성하는 단계를 포함한다.The present invention also provides a method for preparing a semiconductor substrate including a recess, forming a first gate insulating film on the recessed semiconductor substrate, and forming a conductive film on the first gate insulating film to fill the recess. Forming a plug by planarizing etching the conductive layer using the first gate insulating layer as an etch target, and forming a second gate insulating layer on the entire surface of the resultant product on which the plug is formed, wherein the plug is thickly formed on the side surface of the plug; A blanket dry etching of the second gate insulating film on the plug, and forming a gate on the plug.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

(제1실시예)(First embodiment)

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 소자분리막(22)을 형성한다. 이어서, 반도체 기판(21)의 소정 영역에 리세스 공정을 실시하여 리세스(23)를 형성한다.As shown in FIG. 2A, the isolation layer 22 is formed on the semiconductor substrate 21 using a shallow trench isolation (STI) process. Next, the recess 23 is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 21 to form the recess 23.

리세스(23)는 먼저 반도체 기판(21)의 소정 영역 상에 폴리실리콘 하드마스크(도시하지 않음)를 사용하여 반도체 기판(21)의 소정 두께를 선택적으로 식각한 후, 폴리실리콘 마스크를 제거하는 과정을 실시하여 형성된다.The recess 23 selectively etches a predetermined thickness of the semiconductor substrate 21 using a polysilicon hard mask (not shown) on a predetermined region of the semiconductor substrate 21, and then removes the polysilicon mask. It is formed by carrying out the process.

이어서, 리세스(23)가 형성된 반도체 기판(21)의 전면에 열산화법을 사용하여 게이트산화막(SiO2)을 형성한다. 이 때, 게이트산화막을 제1게이트산화막(24)이라 칭한다. Subsequently, a gate oxide film SiO 2 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 21 on which the recess 23 is formed by thermal oxidation. In this case, the gate oxide film is referred to as a first gate oxide film 24.

한편, 제1게이트산화막(24)은 30∼70Å의 두께로 형성하고, 제1게이트산화막(24) 상에 리세스(23)를 채울때까지 플러그용 전도막(25)을 증착하여 리세스(23)를 매립한다. 플러그용 전도막(25)은 예컨대, 폴리실리콘막을 사용한다. On the other hand, the first gate oxide film 24 is formed to a thickness of 30 to 70 GPa, and the plug conductive film 25 is deposited by filling the recess 23 until the recess 23 is filled on the first gate oxide film 24. Landfill 23). As the plug conductive film 25, for example, a polysilicon film is used.

도 2b에 도시된 바와 같이, 제1게이트산화막(24)을 베리어로 TCP(Transformer Coupled Plasma)/ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스 하에서 50∼200mT의 압력, 300∼1000W의 소스 전력과 100∼400W의 바이어스 전력으로, 클로린계 플라즈마인 Cl2를 30∼100sccm 유량으로, HBr을 30∼200sccm으로 플로우하여, 에치 백(Etch back) 또는 화학적·기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)를 실시하여 플러그용 전도막(25)을 연마하여 리세스(23) 내부에 매립되는 플러그(25a)를 형성한다. 이 때, 플러그(25a)는 리세스 게이트의 하부 전극층이다.As shown in FIG. 2B, the first gate oxide layer 24 is used as a barrier under a plasma source of TCP (Transformer Coupled Plasma) / ICP (Inductively Coupled Plasma) type, with a pressure of 50 to 200 mT, a source power of 300 to 1000 mW, and 100 With a bias power of ˜400 kW, chlorine plasma Cl 2 was flowed at a flow rate of 30 to 100 sccm, HBr was flowed at 30 to 200 sccm, and subjected to etch back or chemical mechanical polishing (CMP). The plug conductive film 25 is polished to form a plug 25a embedded in the recess 23. At this time, the plug 25a is the lower electrode layer of the recess gate.

도 2c에 도시된 바와 같이, 리세스(23)에 매립되는 플러그(25a)를 형성한 후, 불산 용액(HF) 또는 BOE 용액을 사용하여 반도체 기판(21) 상에 잔류하는 제1게이트산화막(24)을 제거한다.As shown in FIG. 2C, after forming the plug 25a embedded in the recess 23, the first gate oxide film remaining on the semiconductor substrate 21 using hydrofluoric acid solution (HF) or BOE solution ( 24) Remove.

도 2d에 도시된 바와 같이, 제1게이트산화막(24)을 제거한 반도체 기판(21)의 전면에 제2게이트산화막(26)을 형성한다. As shown in FIG. 2D, the second gate oxide layer 26 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 21 from which the first gate oxide layer 24 is removed.

도 2e에 도시된 바와 같이, 제2게이트산화막(26)의 소정 영역 상에 제1포토레지스트 패턴(27)을 형성한다. As shown in FIG. 2E, a first photoresist pattern 27 is formed on a predetermined region of the second gate oxide layer 26.

이 때, 제1포토레지스트 패턴(27)은 제2게이트산화막(26)상에 형성하되, 후속 리세스 게이트 패턴 사이즈에 대하여 오정렬 발생 예상 영역 즉, 리세스 모서리를 덮으면서 리세스(23)의 선폭보다 작은 폭을 갖도록 제2게이트산화막(26) 오픈 패턴용으로 형성한다. 이 때, 제1포토레지스트 패턴의 오픈 영역은 리세스의 선폭보다 작다.In this case, the first photoresist pattern 27 is formed on the second gate oxide layer 26, and covers the expected region of misalignment, that is, the recess corner, with respect to the subsequent recess gate pattern size. The second gate oxide film 26 is formed for the open pattern to have a width smaller than the line width. At this time, the open area of the first photoresist pattern is smaller than the line width of the recess.

따라서, 제1포토레지스트 패턴(27)을 베리어로 하여 TCP/ICP 타입 플라즈마 소스하에서 플로린계 플라즈마를 실선 방향으로 소스 및 바이어스 파워를 인가하여 제2게이트산화막(26)을 일부 선택적 식각하여 플러그(25a)를 노출시킨다.Accordingly, the second gate oxide layer 26 may be selectively etched by applying the source and bias power in a solid direction under a TCP / ICP type plasma source using the first photoresist pattern 27 as a barrier to thereby plug 25a. ).

더 자세히는, TCP/ICP 타입의 고밀도플라즈마소스하에서 30∼100mT의 압력, 300∼500W의 인가 전력으로 플로린계 플라즈마인 CxFy와 CHFz(x, y, z는 1∼10)를 1:1∼1:2의 비율로 혼합하고 반응 가스(예컨대, Ar)를 첨가하여 제2게이트산화막(26)을 식각한다. 이 때, 식각 후 제2게이트산화막(26)은 리세스 모서리부를 덮는 형태를 갖으므로, 후속 공정시 리세스 게이트와 플러그(25a)가 오정렬이 발생하여도 랜딩 플러그와의 쇼트 등을 방지할 수 있다.More specifically, the Florin-based plasmas C x F y and CHF z (x, y, z are 1 to 10) at a pressure of 30 to 100 mT and an applied power of 300 to 500 mW under a high density plasma source of TCP / ICP type The second gate oxide film 26 is etched by mixing at a ratio of 1: 1: 2 and adding a reaction gas (eg, Ar). At this time, since the second gate oxide layer 26 is formed to cover the recess edge portion after etching, even if the recess gate and the plug 25a are misaligned in a subsequent process, a short with the landing plug can be prevented. have.

도 2f에 도시된 바와 같이, 제1포토레지스트 패턴(27)을 스트립(strip)하고 결과물의 전면에 제 1 게이트 전도막용 물질막(28), 제 2 게이트 전도막용 물질막(29) 및 게이트 하드마스크용 물질막(30)을 차례로 증착한다. As shown in FIG. 2F, the first photoresist pattern 27 is stripped, and the material film 28 for the first gate conductive film, the material film 29 for the second gate conductive film, and the gate hard on the front surface of the resultant. The mask material film 30 is sequentially deposited.

이 때, 제 1 게이트 전도막용 물질막(28)은 예컨대 폴리실리콘막을 사용하고, 제 2 게이트 전도막용 물질막(29)은 텅스텐실리사이드를 사용하며, 게이트 하드마스크용 물질막(30)는 질화막을 사용한다.In this case, the first gate conductive film 28 is made of, for example, a polysilicon film, the second gate conductive film 29 is made of tungsten silicide, and the gate hard mask material film 30 is formed of a nitride film. use.

이어서, 게이트 하드마스크용 물질막(30)의 소정 영역 상에 제2포토레지스트 패턴(31)을 형성한다.Subsequently, a second photoresist pattern 31 is formed on a predetermined region of the gate hard mask material film 30.

도 2g에 도시된 바와 같이, 제2포토레지스트 패턴(31)을 식각 마스크로 사용하여 리세스 게이트 패터닝 공정을 진행한다. As shown in FIG. 2G, a recess gate patterning process is performed using the second photoresist pattern 31 as an etching mask.

먼저, 제2포토레지스트 패턴(31)을 식각 마스크로 게이트 하드마스크용 물질막(30)을 식각하여 게이트 하드마스크(30a)를 형성한다.First, the gate hard mask 30a is formed by etching the gate hard mask material layer 30 using the second photoresist pattern 31 as an etching mask.

이어서, 제2포토레지스트 패턴(31)을 스트립하고 게이트 하드마스크(30a)를 식각 베리어로 제 2 게이트 전도막용 물질막(29), 제 1 게이트 전도막용 물질막(28)을 차례로 식각하여 제 2 게이트 전도막(29a) 및 제 1 게이트 전도막(28a)을 형성한다. Subsequently, the second photoresist pattern 31 is stripped, and the gate hard mask 30a is used as an etch barrier to sequentially etch the second gate conductive film material layer 29 and the first gate conductive film material film 28. The gate conductive film 29a and the first gate conductive film 28a are formed.

위와 같은 일련의 공정을 진행하여 리세스 게이트는 플러그(25a), 제 1 게이트 전도막(28a), 제 2 게이트 전도막(29a) 및 게이트 하드마스크(30a)가 적층된 구조로 형성된다.Through the above-described series of processes, the recess gate is formed in a structure in which the plug 25a, the first gate conductive layer 28a, the second gate conductive layer 29a, and the gate hard mask 30a are stacked.

따라서, 게이트 패터닝 후 제1게이트산화막(24)과 제2게이트산화막(26)을 게이트산화막으로 하여 게이트산화막 상에 플러그(25a), 제1게이트전도막(28a), 제2게이트전도막(29a) 및 게이트 하드마스크(30a)가 적층 형성된 리세스 게이트(200)가 형성된다.Therefore, after the gate patterning, the plug 25a, the first gate conductive film 28a, and the second gate conductive film 29a are formed on the gate oxide film using the first gate oxide film 24 and the second gate oxide film 26 as gate oxide films. ) And a recess gate 200 in which the gate hard mask 30a is stacked.

도 2h에 도시된 바와 같이, 리세스 게이트 패터닝시 오정렬이 발생하더라도 리세스 게이트 패터닝 시 제2게이트산화막(26)이 리세스(23)의 모서리를 덮고 있는 구조로 형성되어있으므로, 리세스 게이트 정렬의 위크 포인트 영역을 보완할 수 있기 때문에 오정렬로 인한 후속 리세스 게이트와 랜딩 플러그와의 쇼트를 방지할 수 있다.As shown in FIG. 2H, even when misalignment occurs in the recess gate patterning, the second gate oxide layer 26 is formed in a structure covering the corners of the recess 23 during the recess gate patterning. Complementary weak point areas can be prevented to prevent shorting of subsequent recess gates and landing plugs due to misalignment.

(제2실시예)Second Embodiment

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 소자분리막(22)을 형성한다. 이어서, 반도체 기판(21)의 소정 영역에 리세스 공정을 실시하여 리세스(23)를 형성한다.As shown in FIG. 3A, the isolation layer 22 is formed on the semiconductor substrate 21 using a shallow trench isolation (STI) process. Next, the recess 23 is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 21 to form the recess 23.

리세스(23)는 먼저 반도체 기판(21)의 소정 영역 상에 폴리실리콘 하드마스크(도시하지 않음)를 사용하여 반도체 기판(21)의 소정 두께를 선택적으로 식각한 후, 폴리실리콘 마스크를 제거하는 과정을 실시하여 형성된다.The recess 23 selectively etches a predetermined thickness of the semiconductor substrate 21 using a polysilicon hard mask (not shown) on a predetermined region of the semiconductor substrate 21, and then removes the polysilicon mask. It is formed by carrying out the process.

이어서, 리세스(23)가 형성된 반도체 기판(21)의 전면에 열산화법을 사용하여 게이트산화막(SiO2)을 형성한다. 이 때, 게이트산화막을 제1게이트산화막(24)이라 칭한다. Subsequently, a gate oxide film SiO 2 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 21 on which the recess 23 is formed by thermal oxidation. In this case, the gate oxide film is referred to as a first gate oxide film 24.

한편, 제1게이트산화막(24)은 30∼70Å의 두께로 형성하고, 제1게이트산화막 (24) 상에 리세스(23)를 채울때까지 플러그용 전도막(25)을 증착하여 리세스(23)를 매립한다. 플러그용 전도막(25)은 예컨대, 폴리실리콘막을 사용한다. On the other hand, the first gate oxide film 24 is formed to a thickness of 30 to 70 GPa, and the plug conductive film 25 is deposited by depositing the recesses 23 until the recess 23 is filled on the first gate oxide film 24. Landfill 23). As the plug conductive film 25, for example, a polysilicon film is used.

도 3b에 도시된 바와 같이, 제1게이트산화막(24)을 베리어로 TCP(Transformer Coupled Plasma)/ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스 하에서 50∼200mT의 압력, 300∼1000W의 소스 전력과 100∼400W의 바이어스 전력으로, 클로린계 플라즈마인 Cl2를 30∼100sccm 유량으로, HBr을 30∼200sccm으로 플로우하여, 에치 백(Etch back) 한다. 또는 화학적·기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)를 실시하여 플러그용 전도막(25)을 연마하여 리세스(23) 내부에 매립되는 플러그(25a)를 형성한다. 이 때, 플러그(25a)는 리세스 게이트의 하부 전극층이다.As shown in FIG. 3B, the first gate oxide layer 24 is used as a barrier under a plasma source of a TCP (Transformer Coupled Plasma) / ICP (Inductively Coupled Plasma) type, having a pressure of 50 to 200 mT, a source power of 300 to 1000 mW, and 100 At a bias power of ˜400 kW, chlorine-based plasma Cl 2 is flowed at a flow rate of 30 to 100 sccm, HBr is flowed at 30 to 200 sccm, and etched back. Alternatively, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to polish the plug conductive film 25 to form a plug 25a embedded in the recess 23. At this time, the plug 25a is the lower electrode layer of the recess gate.

도 3c에 도시된 바와 같이, 플러그가 형성된 제 마스크 없이, 블랭킷 식각(Blanket Etch)을 실시하여 플러그(25a) 상의 제2게이트산화막(26)만을 선택적으로 제거하여 플러그(25a)를 노출시킨다. As shown in FIG. 3C, a blanket etch is performed without a mask on which the plug is formed to selectively remove only the second gate oxide layer 26 on the plug 25a to expose the plug 25a.

한편, 제2게이트산화막(26)은 리세스(23)의 모서리에는 두껍게 형성되고, 플러그(25a) 상에는 얇게 형성되는 모폴로지(mopology) 특성에 의하여 플러그(25a) 상의 제2게이트산화막(26)만을 식각하여 리세스(23) 모서리 즉 오정렬 위크 포인트가 두껍게 형성되어, 오정렬된 영역 만큼 보완할 수 있다. On the other hand, the second gate oxide layer 26 is thickly formed at the corners of the recess 23 and is thinly formed on the plug 25a only by the second gate oxide layer 26 on the plug 25a. By etching, the edge of the recess 23, that is, the misalignment weak point is formed thick, and may compensate for the misaligned region.

더 자세히는, 제2게이트산화막(26)을 블랭킷 스페이서 형태로 식각하여 플러그(25a)와 게이트 라인간 오정렬이 발생하여도 플러그(25a)와 제2게이트산화막(26) 에 의해 오정렬 페일을 방지할 수 있는 것이다.More specifically, the second gate oxide layer 26 may be etched in the form of a blanket spacer to prevent misalignment failure by the plug 25a and the second gate oxide layer 26 even when misalignment occurs between the plug 25a and the gate line. It can be.

도 3d에 도시된 바와 같이, 제2게이트산화막(26)을 블랭킷 식각하여 플러그가 오픈된 결과물 상에 제1게이트전도막(27), 제2게이트전도막(28) 및 게이트 하드마스크(29)를 차례로 적층 형성하여 리세스 게이트(200)를 형성한다.As shown in FIG. 3D, the first gate conductive layer 27, the second gate conductive layer 28, and the gate hard mask 29 are formed on the result of the blanket etching of the second gate oxide layer 26 to open the plug. Stacked to form a recess gate 200.

상술한 바와 같이, 리세스에 플러그를 형성하고 오정렬이 발생할 영역을 예방하기 위해 리세스 탑부의 오정렬 위크 포인트에 제2게이트산화막을 두껍게 잔류시킨 후 리세스 공정을 진행하여, 후속 리세스 게이트 패터닝시 리세스와 게이트간의 오정렬이 발생하여도 제1게이트산화막으로 인해 랜딩 플러그와 게이트 간의 쇼트를 방지할 수 있다. As described above, in order to form a plug in the recess and to prevent an area in which misalignment occurs, the second gate oxide film is thickly left at the misalignment weak point of the recess top portion, and then the recess process is performed to perform subsequent recess gate patterning. Even if the misalignment between the recess and the gate occurs, the short between the landing plug and the gate can be prevented due to the first gate oxide film.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 리세스 게이트 식각시 오정렬 마진 사이즈로 패턴된 제 2 게이트 산화막에 의하여 오정렬 포인트의 위크 포인트 리세스 지역의 게이트 폴리실리콘과 분리시켜주기 때문에 오정렬 문제에 대하여 자유로운 상태로 리세스 게이 트의 채널 길이 증가 및 이온 도핑 농도 감소시킬 수 있다.In the above-described invention, the gate gate is free from the misalignment problem because the gate gate is separated from the gate polysilicon in the weak point recess region of the misalignment point by the second gate oxide patterned in the misalignment margin size during the recess gate etching. Can increase the channel length and decrease the ion doping concentration.

또한, 소자의 리프레시 특성이 크게 개선되므로, 디자인 룰의 확보, 공정 마진을 극대화 하여, 로직을 포함한 반도체 소자의 고집적화, 수율 향상 및 생산 단가 하락과 같은 효과를 얻을 수 있다. In addition, since the refresh characteristics of the device are greatly improved, it is possible to secure design rules and maximize process margins, thereby achieving effects such as high integration of semiconductor devices including logic, improved yields, and reduced production costs.

Claims (12)

리세스가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a recessed semiconductor substrate; 상기 리세스가 형성된 반도체 기판 상에 제1게이트절연막을 형성하는 단계;Forming a first gate insulating film on the recessed semiconductor substrate; 상기 제1게이트절연막 상에 형성되며, 상기 리세스를 매립하는 플러그를 형성하는 단계;Forming a plug formed on the first gate insulating layer and filling the recess; 상기 반도체 기판 상의 상기 제1게이트절연막을 제거하는 단계;Removing the first gate insulating film on the semiconductor substrate; 상기 제1게이트절연막이 제거된 상기 반도체 기판 상에 제2게이트절연막을 형성하는 단계;Forming a second gate insulating film on the semiconductor substrate from which the first gate insulating film is removed; 마스크를 사용하여 상기 제2게이트절연막을 식각하되, 상기 리세스의 모서리를 덮도록 상기 2게이트절연막의 일부를 잔류시키는 단계; 및Etching the second gate insulating layer using a mask, but leaving a portion of the second gate insulating layer to cover the edge of the recess; And 상기 플러그와 상기 리세스의 모서리부에 걸쳐지도록 게이트를 형성하는 단계Forming a gate to span an edge of the plug and the recess 를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1게이트절연막 상에 상기 리세스를 매립하는 플러그를 형성하는 단계는,Forming a plug to fill the recess on the first gate insulating film, 상기 제1게이트절연막이 형성된 상기 반도체 기판 상에 상기 리세스를 채울 때까지 플러그용 전도막을 형성하는 단계;Forming a plug conductive film on the semiconductor substrate on which the first gate insulating film is formed until the recess is filled; 상기 플러그용 전도막을 평탄화 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.And planarization etching the plug conductive film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 평탄화 식각은 에치백 또는 화학적·기계적 연마로 진행하는 반도체 소자 제조 방법.The planarization etching is a semiconductor device manufacturing method which proceeds by etch back or chemical and mechanical polishing. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 에치백은 TCP/ICP 타입의 플라즈마 소스 하에서 50Å∼200mT의 압력, 300∼1000W의 소스 전력, 100∼400W의 바이어스 전력으로 평탄화 식각하는 반도체 소자 제조 방법.And the etch back is flattened and etched under a TCP / ICP type plasma source at a pressure of 50 kPa to 200 mT, a source power of 300 to 1000 kPa, and a bias power of 100 to 400 kPa. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 에치백은,The etch back is, 클로린계 플라즈마인 Cl2를 30∼100sccm, HBr을 30∼200sccm으로 플로우하여 평탄화 식각하는 반도체 소자 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the chlorine-based plasma is Cl 2 with 30 to 100 sccm and HBr with 30 to 200 sccm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1게이트절연막을 제거하는 단계는,The removing of the first gate insulating film may include: 불산 용액(HF) 또는 BOE 용액을 사용하는 반도체 소자 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method using a hydrofluoric acid solution (HF) or a BOE solution. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마스크는,The mask is, 상기 리세스 모서리를 덮으면서 상기 리세스 게이트의 선폭 보다 작게 형성하는 반도체 소자 제조 방법.And forming a width smaller than a line width of the recess gate while covering the recess edge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마스크를 사용하여 상기 제2게이트절연막을 식각하되, 상기 리세스의 모서리를 덮도록 상기 2게이트절연막의 일부를 잔류시키는 단계는,Etching the second gate insulating layer using the mask, but leaving a portion of the second gate insulating film to cover the edge of the recess, TCP/ICP 타입의 고밀도플라즈마소스하에서 30∼100mT의 압력, 300∼500W의 소스 전력으로, 플로린계 플라즈마인 CxFy와 CHFz를 1:1∼1:2의 비율로 혼합하고 반 응 가스를 첨가하여 상기 제2게이트절연막을 식각하는 반도체 소자 제조 방법.Under a high density plasma source of TCP / ICP type, the reaction gas is mixed at a ratio of 1: 1 to 1: 2 by mixing Florin-based plasma C x F y and CHF z at a pressure of 30 to 100 mT and a source power of 300 to 500 kW. The method of manufacturing a semiconductor device by etching the second gate insulating film by adding. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플러그는 폴리실리콘막으로 형성하는 반도체 소자 제조 방법.The plug is a semiconductor device manufacturing method of forming a polysilicon film. 리세스가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;Preparing a recessed semiconductor substrate; 상기 리세스가 형성된 반도체 기판 상에 제1게이트절연막을 형성하는 단계;Forming a first gate insulating film on the recessed semiconductor substrate; 상기 제1게이트절연막 상에 전도막을 형성하여 상기 리세스를 매립하는 단계;Filling the recess by forming a conductive film on the first gate insulating film; 상기 제1게이트절연막을 식각 타깃으로 상기 전도막을 평탄화 식각하여 플러그를 형성하는 단계;Forming a plug by planarizing etching the conductive layer using the first gate insulating layer as an etching target; 상기 플러그가 형성된 결과물의 전면에 제2게이트절연막을 형성하되, 상기 플러그 측면부에 두껍게 형성되는 단계;Forming a second gate insulating film on the entire surface of the resultant product in which the plug is formed, and being thickly formed on the side surface of the plug; 상기 플러그 상의 제2게이트절연막을 블랭킷 건식 식각하는 단계; 및A blanket dry etching of the second gate insulating layer on the plug; And 상기 플러그 상에 게이트를 형성하는 단계Forming a gate on the plug 를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method comprising a. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1게이트절연막 및 제2게이트절연막은 실리콘산화막인 반도체 소자 제조 방법.The first gate insulating film and the second gate insulating film are silicon oxide films. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 플러그는 폴리실리콘막으로 형성하는 반도체 소자 제조 방법.The plug is a semiconductor device manufacturing method of forming a polysilicon film.
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