KR20070044920A - Method for fabricating the same of semiconductor device with recess gate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패드산화막에 대한 실리콘의 선택비를 증가시키고, 패드산화막의 슬로프문제를 해결하기위한 반도체 소자의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 반도체 기판상에 패드산화막을 형성하는 단계, 상기 패드산화막상에 하드마스크패턴을 형성하는 단계, 상기 하드마스크패턴을 식각마스크로 하고 하이드로카본계 가스와 산소가스의 혼합가스를 이용하여 상기 패드산화막을 식각하는 단계, 상기 하드마스크패턴을 식각마스크로 하여 상기 패드산화막 식각 후 노출되는 반도체 기판을 식각하여 리세스게이트를 위한 리세스를 형성하는 단계를 포함하고, 상술한 본 발명은 웨이퍼내 반도체 기판에 대한 식각 손실 불균일을 방지하고, 패드산화막의 수직한 프로파일을 형성하여 안정적인 리세스게이트 프로파일과 안정적인 전기적 특성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device to increase the selectivity of silicon to the pad oxide film, and to solve the slope problem of the pad oxide film, the present invention comprises the steps of forming a pad oxide film on a semiconductor substrate, the Forming a hard mask pattern on the pad oxide film, etching the pad oxide film using a mixed gas of a hydrocarbon gas and an oxygen gas, and etching the hard mask pattern as an etch mask. Forming a recess for a recess gate by etching the exposed semiconductor substrate after etching the pad oxide layer, wherein the present invention prevents etching loss non-uniformity with respect to the semiconductor substrate in the wafer, and vertically Stable recess gate profile and stable electrical characteristics by forming one profile There is to improve effectiveness.
리세스, 패드산화막, 슬로프, 선택비, 과도식각 Recess, pad oxide, slope, selectivity, overetch
Description
도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자의 구조를 설명하기 위한 구조도,1 is a structural diagram for explaining the structure of a semiconductor device according to the prior art,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a preferred 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
23 : 패드산화막 24 : 하드마스크23: pad oxide film 24: hard mask
25 : 감광막 26 : 리세스25
27 : 게이트절연막 28 : 게이트패턴27: gate insulating film 28: gate pattern
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 리세스 게이트를 갖 는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a recess gate.
반도체 소자가 초고집적화 됨에 따라 게이트를 평탄한 활성영역 위에 형성하는 기존의 플라나 게이트(Planar Gate)배선 형성 방법은 게이트 채널길이(Gate channel Length)가 점점 작아지고 이온주입도핑(Implant Dopping)농도가 증가함에 따라 전계(Electric Filed) 증가에 의해 접합 누설전류(Junction Leakage)가 생겨 소자의 리프레시특성을 확보하기가 어렵다.As the semiconductor devices become highly integrated, the conventional planar gate wiring forming method for forming a gate over a flat active region becomes smaller as the gate channel length and the ion implantation doping concentration increase. As a result, an increase in electric filed causes junction leakage, which makes it difficult to secure refresh characteristics of the device.
이를 개선하기 위해 게이트 배선 형성방법으로 활성영역 기판을 리세스패턴으로 식각 후 게이트를 형성하는 리세스게이트 공정이 실시되고 있다. 상기 리세스게이트 공정을 적용하면 채널길이 증가 및 이온주입 도핑 농도의 감소가 가능하여 소자의 리프레시 특성이 개선된다.In order to improve this, a recess gate process is performed in which an active region substrate is etched into a recess pattern and a gate is formed using a gate wiring method. Applying the recess gate process can increase the channel length and decrease the ion implantation doping concentration, thereby improving the refresh characteristics of the device.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 구조도이다.1 is a structural diagram for explaining a semiconductor device according to the prior art.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(11) 상에 패드산화막(12)이 형성된다. 패드산화막(12) 상에 리세스 예정지역이 오픈된 하드마스크(13)이 형성된다. 하드마스크(13)는 도시되지는 않았지만, 하드마스크(13) 상에 리세스 예정지역이 오픈된 감광막을 형성하고, 감광막의 마진부족으로 폴리실리콘 하드마스크를 사용하여, 상기 감광막을 식각마스크로 하드마스크를 식각한 후, 감광막을 제거하여 형성된 것이다. Referring to FIG. 1, a
하드마스크(13)를 식각마스크로 패드산화막(12)을 식각한다. 상기 식각은 CF4 또는 C2F6 중에서 어느 하나를 사용하여 진행하되, 패드산화막(12)의 과도식각 이 필수적인데, 패드산화막(12)과 반도체 기판(11)의 낮은 식각선택비로 패드산화막(12)에 대한 과도식각을 진행할 경우 패드산화막(12)의 식각모양은 수직하지만 빠른 실리콘 식각율로 반도체 기판(11) 표면의 식각 균일도 불안정(100) 문제를 야기한다.The
또한, 패드산화막(12)의 과도식각을 감소시킬 경우 패드산화막(12)의 언에치(unetch) 또는 타겟부족에 의한 패드산화막 슬로프(200)모양이 유발되어, 후속 반도체 기판(11) 리세스 식각시 패드산화막 슬로프(200)를 따라 불안정한 CD(Critical Dimension)을 가지게 된다. In addition, when the excessive etching of the
상기한 본 발명은, 과도식각에 의한 실리콘 식각 불균일로 웨이퍼내 Vt 불안정 또는 리프레시 변화 등을 유발할 수 있고, 타겟 부족에 의한 패드산화막 경사 프로파일은 후속 리세스 되는 반도체 기판의 사이즈를 변화시킬 수 있다.The present invention described above may cause Vt instability or refresh change in the wafer due to uneven silicon etching due to excessive etching, and the pad oxide film inclination profile due to lack of target may change the size of the subsequently recessed semiconductor substrate.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 패드산화막에 대한 실리콘의 선택비를 증가시키고, 패드산화막의 슬로프문제를 해결하기위한 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a method for manufacturing a semiconductor device having a recess gate for increasing the selectivity of silicon to the pad oxide film and solving the slope problem of the pad oxide film. The purpose is to.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판상에 패드산화막을 형성하는 단계, 상기 패드산화막상에 하드마스크패턴을 형성 하는 단계, 상기 하드마스크패턴을 식각마스크로 하고 하이드로카본계 가스와 산소가스의 혼합가스를 이용하여 상기 패드산화막을 식각하는 단계, 상기 하드마스크패턴을 식각마스크로 하여 상기 패드산화막 식각 후 노출되는 반도체 기판을 식각하여 리세스게이트를 위한 리세스를 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a pad oxide film on a semiconductor substrate, forming a hard mask pattern on the pad oxide film, the hard mask pattern as an etching mask and a hydrocarbon Etching the pad oxide layer using a mixed gas of an oxygen-based gas and an oxygen gas, and etching the semiconductor substrate exposed after the pad oxide layer is etched using the hard mask pattern as an etch mask to form a recess for a recess gate Steps.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상에 소자분리막(22)을 형성한다. 소자분리막(22)은 활성영역을 정의하기 위한 것으로, 적어도 3000Å의 깊이로 형성한다.As shown in FIG. 2A, the
이를 위해, 반도체 기판(21)의 소정영역을 식각하여 트렌치를 형성한다. 상기 트렌치에 절연막을 매립하고, 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP)로 분리하여 형성한다.To this end, a trench is formed by etching a predetermined region of the
이어서, 소자분리막(22) 상에 패드산화막(23)을 형성한다.Subsequently, a
다음으로, 패드산화막(23) 상에 하드마스크(24)를 형성한다. 여기서, 하드마스크(24)는 후속 반도체 기판(21)을 식각시 감광막(25)의 마진을 확보하기 위한 하 드마스크로 사용하기 위한 것으로, 폴리실리콘으로 형성한다.Next, a
다음으로, 하드마스크(24) 상에 감광막(25)을 형성하고, 노광 및 현상으로 패터닝한다. 패터닝된 감광막(25)을 식각마스크로 하드마스크(24)를 식각한다.Next, a
따라서, 패드산화막(23) 상에 리세스 예정지역이 오픈된 하드마스크(24)와 감광막(25)를 순차적으로 형성할 수 있다.Accordingly, the
이어서, 감광막(25)을 산소플라즈마를 이용하여 제거한다. Subsequently, the
도 2b에 도시된 바와 같이, 하드마스크(24)를 식각마스크로 패드산화막(23)을 식각한다. 여기서, 패드산화막(23)의 식각은 하이드로카본계 가스인 CHF3와 산소가스(O2)의 혼합가스를 이용하여 식각하되, CHF3는 20sccm∼60sccm, O2는 2sccm∼7sccm의 유량으로, 챔버의 압력은 3mT∼30mT, 탑파워를 300W∼1000W, 바텀파워를 100W∼500W로 하여 진행한다. As shown in FIG. 2B, the
상기 CHF3와 O3의 혼합가스를 사용하면, 반도체 기판(21)의 높은 식각선택비를 유지하여 반도체 기판(21)의 적은 손실로도 패드산화막(23)의 충분한 과도식각이 가능하고, 반도체 기판(21)의 손실 불균일 현상의 방지가 가능하다.When the mixed gas of CHF 3 and O 3 is used, a high etching selectivity of the
특히, CHF3와 O2의 혼합가스에서 CHF3에 비하여 O2의 비율을 증가시킬수록 반도체 기판(21)의 식각선택비가 더 좋아진다.In particular, it becomes more to increase the proportion of O 2 in comparison to CHF 3 in the gas mixture of CHF 3 and O 2 prefer etching selectivity of the
도 2c에 도시된 바와 같이, 하드마스크(24)를 식각마스크로 리세스 예정지역의 반도체 기판(26)을 식각하여 리세스(26)을 형성한다.As shown in FIG. 2C, the
여기서, 리세스(26)의 형성은 HBr, Cl2와 O2의 혼합가스를 이용하여 1500Å∼2000Å의 깊이가 되도록 식각공정을 진행한다.Here, the formation of the
이후에, 패드산화막(25)과 식각잔류물의 제거를 위해 세정공정을 진행한다. 세정공정은 HF 또는 BOE 중에서 어느 하나로 실시한다.Thereafter, a cleaning process is performed to remove the
다음으로, 라운딩공정을 실시한다. 이는 리세스(26)의 탑코너를 라운딩 시키기 위한 것으로, CDE(Chemical Dry Etch)방식으로 실시한다. CDE방식은 CF4 와 O2가 혼합된 플라즈마로 실시한다.Next, a rounding process is performed. This is to round the top corner of the
위와같이, CDE방식으로 리세스(26)의 탑코너가 라운딩 되어, 누설전류의 스트레스 포인트를 제거하므로 리프레시특성이 개선된다.As described above, the top corner of the
도 2d에 도시된 바와 같이, 리세스(26)가 포함된 반도체 기판(21)의 전면에 게이트절연막(27)을 형성한다.As shown in FIG. 2D, the
이어서, 게이트절연막(27) 상에 리세스(26)에 일부가 매립되고, 나머지는 반도체 기판(21)의 상부로 노출된 게이트패턴(28)을 형성한다. Subsequently, a portion of the
게이트패턴(28)은 게이트전극(28a)과 게이트하드마스크(28b)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 여기서, 게이트전극(28a)는 폴리실리콘과 WSix가 적층된 구조로 형성하고, 게이트하드마스크(28b)는 Si3N4로 현성한다.The
상기한 본 발명은, CHF3와 O2의 혼합가스로 실리콘의 식각선택비를 높여 패드산화막에 대해 충분한 과도식각을 진행하여 패드산화막의 수직한 프로파일을 형 성하고, 동시에 반도체 기판의 손실을 최소화 하여 식각 손실 불균일을 방지할 수 있다.In the present invention described above, the etching selectivity of the silicon is increased by the mixed gas of CHF 3 and O 2 to perform a sufficient transient etching on the pad oxide film to form a vertical profile of the pad oxide film, and at the same time minimize the loss of the semiconductor substrate. To prevent the loss of etching.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically recorded in accordance with the above-described preferred embodiments, 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 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법은 웨이퍼내 반도체 기판에 대한 식각 손실 불균일을 방지하고, 패드산화막의 수직한 프로파일을 형성하여 안정적인 리세스게이트 프로파일과 안정적인 전기적 특성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.The manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention described above has the effect of preventing the etching loss non-uniformity of the semiconductor substrate in the wafer, and to form a vertical profile of the pad oxide film to improve a stable recess gate profile and stable electrical characteristics. have.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |