KR20080060424A - Method of forming a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 14 are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판(액티브 영역) 102 : 필드 영역100 semiconductor substrate (active region) 102 field region
104 : 제1 패드 산화막 110 : 제2 질화막 패턴104: first pad oxide film 110: second nitride film pattern
118 : 제3 질화막 패턴 120 : 제1 실리콘층 패턴118: third nitride film pattern 120: first silicon layer pattern
124 : 제2 개구 126 : 제3 개구124: second opening 126: third opening
128 : 제4 개구 130 : 리세스128: fourth opening 130: recess
134 : 게이트 절연막 136 : 도전막134: gate insulating film 136: conductive film
138 : 도전막 패턴138: conductive film pattern
본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 리세스된 게이트 전극을 갖는 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a semiconductor device. More particularly, the present invention relates to a method of forming a semiconductor device having a recessed gate electrode.
반도체 장치가 고집적화 되어감에 따라 반도체 장치를 구성하는 패턴의 선폭 및 패턴 사이의 간격도 감소되기 때문에, 미세한 패턴을 보다 정밀하고 정확하게 형성하는 기술이 요구된다. 이러한 반도체 장치에 있어서, 게이트 전극이 기판에서 차지하는 수평 면적이 감소되면서도 충분한 유효 채널 길이를 갖는 리세스된 게이트 전극을 구비하는 반도체 장치가 개발되고 있다.As the semiconductor devices are highly integrated, the line widths of the patterns constituting the semiconductor devices and the intervals between the patterns are also reduced. Therefore, there is a need for a technology for forming fine patterns more precisely and accurately. In such semiconductor devices, semiconductor devices having recessed gate electrodes having sufficient effective channel lengths while reducing the horizontal area occupied by the gate electrodes in the substrate have been developed.
상기 리세스된 게이트 전극을 형성하기 위해서는 반도체 기판에 형성된 리세스 부위에 도전성 물질을 매립하는 공정이 필수적으로 요구된다. 그런데, 상기 리세스 부위에 도전성 물질을 보이드 없이 매립하는 것이 용이하지 않다.In order to form the recessed gate electrode, a process of embedding a conductive material in a recess portion formed in a semiconductor substrate is required. However, it is not easy to embed a conductive material without voids in the recess portion.
특히, 최근에는 상부에 비해 하부가 넓은 내부 폭을 갖는 리세스를 포함하는 게이트 전극이 개발되고 있으며, 상기 게이트 전극을 형성할 시에 상기 리세스 내부에 도전막이 완전하게 매립되기 전에 상기 리세스의 좁은 입구 부위가 증착되는 도전막에 의해 완전히 막혀버리게 되어 상기 넓은 폭을 갖는 하부의 리세스에는 쉽게 보이드가 생성될 수 잇다.In particular, recently, a gate electrode including a recess having an inner width wider than an upper portion thereof has been developed, and when the gate electrode is formed, the gate electrode is completely filled before the conductive film is completely embedded in the recess. Narrow inlet sites are completely blocked by the deposited conductive film so that voids can easily be created in the wide recesses below.
상기 보이드가 상기 리세스 내부의 중심 부위에 위치하는 경우에는 완성된 MOS트랜지스터의 동작에 별다른 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 후속의 반도체 공정을 진행하면서 상기 보이드는 쉽게 다른 위치로 이동(migration)하게 되어 트랜지스터의 전기적인 특성을 저하시킨다.When the void is located at the center portion of the recess, it does not affect the operation of the completed MOS transistor. However, during the subsequent semiconductor process, the voids are easily migrated to other locations, which degrades the electrical characteristics of the transistors.
또한, 상기 보이드가 상기 게이트 산화막과 접촉된 경우에는 MOS 트랜지스터의 문턱 전압이 설정된 값을 갖지 못하고 매우 불규칙하게 된다. 이와 같은 문턱 전압의 산포 불량 및 누설 전류의 증가로 인하여 결국 반도체 장치의 전기적인 특성이 크게 저하된다.In addition, when the void is in contact with the gate oxide layer, the threshold voltage of the MOS transistor does not have a set value and becomes very irregular. Due to such dispersion of the threshold voltage and increase in leakage current, the electrical characteristics of the semiconductor device are greatly degraded.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 보이드 또는 심의 생성이 억제된 게이트 전극을 포함하는 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of forming a semiconductor device including a gate electrode is suppressed generation of voids or shims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 소자의 형성 방법에 있어서, 매립된 산화물 패턴을 갖는 기판 상에 실리콘층과 상기 실리콘층을 노출시키는 제1 개구를 갖는 질화막 패턴을 형성한다. 상기 질화막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 실리콘층을 식각하여 상기 기판을 노출시키는 제2 개구를 갖는 실리콘 패턴을 형성한다. 상기 실리콘 패턴을 등방성 식각하여 상기 제2 개구로부터 확장된 제3 개구를 생성한다. 상기 질화막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 이방성 식각하여 상기 매립된 산화막 패턴 내에 리세스(recess)를 형성한다. 상기 기판 상에 생성된 자연 산화막(native oxide layer)을 제거하기 위하여 세정하는 동안, 상기 리세스 측벽에 노출된 산화막 패턴 일부가 식각되어, 상기 리세스가 확장된다. 상기 리세스 내측면, 실리콘 패턴 측면 및 기판을 산화 처리(oxidation)하여 게이트 절연막을 형성한다. 상기 리세스를 매립하는 게이트 도전막을 형성한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the method of forming a semiconductor device, a nitride film pattern having a silicon layer and a first opening for exposing the silicon layer is formed on a substrate having a buried oxide pattern . The silicon layer is etched using the nitride film pattern as an etching mask to form a silicon pattern having a second opening exposing the substrate. The silicon pattern is isotropically etched to create a third opening that extends from the second opening. The substrate is anisotropically etched using the nitride layer pattern as an etching mask to form a recess in the buried oxide layer pattern. During the cleaning to remove the native oxide layer formed on the substrate, a portion of the oxide pattern exposed on the sidewall of the recess is etched to extend the recess. The recess inner surface, the silicon pattern side surface, and the substrate are oxidized to form a gate insulating film. A gate conductive film is formed to fill the recess.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자의 형성 방법은 상기 제3 개구 측벽을 질화 처리(nitridation)하는 단계 더 수행할 수 있다.In example embodiments, the method of forming the semiconductor device may further include performing nitriding on the third opening sidewall.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 게이트 절연막이 형성된 리세스 상부 폭이 상기 게이트 절연막이 형성된 제3 개구의 폭보다 작거나 동일할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the upper width of the recess in which the gate insulating film is formed may be less than or equal to the width of the third opening in which the gate insulating film is formed.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 리세스를 형성하기 위한 마스크 패턴으로 사용되는 실리콘 패턴의 측벽을 확장시킴으로써, 이후 자연 산화막을 제거하는 공정 및 게이트 절연막을 형성하는 공정에서 공정 마진을 획득할 수 있다. 따라서, 이후 상기 리세스를 게이트 도전막으로 매립하는 동안, 상기 도전막 내부에 심 또는 보이드가 생성되는 것을 억제할 수 있다.According to the present invention as described above, by extending the sidewall of the silicon pattern used as the mask pattern for forming the recess, the process margin can be obtained in the process of removing the natural oxide film and the process of forming the gate insulating film. Therefore, during the filling of the recess into the gate conductive film, it is possible to suppress the generation of seams or voids in the conductive film.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 막, 영역, 패드 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 기판, 각 막, 영역 또는 패드들의 "상에", "상부에" 또는 "상부면"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 직접 기판, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 막, 다른 영역, 다른 패드 또는 다른 패턴들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들이 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "제4"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2", "제3" 및/또는 "제4"는 각 막, 영역, 패드, 부위 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으 로 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art will appreciate the technical spirit of the present invention. The present invention may be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrate, film, region, pad or patterns are shown to be larger than the actual for clarity of the invention. In the present invention, when each film, region, pad or pattern is referred to as being formed "on", "upper" or "top surface" of a substrate, each film, region or pad, each film, region, Meaning that the pad or patterns are formed directly on the substrate, each film, region, pad or patterns, or another film, another region, another pad or other patterns may be additionally formed on the substrate. In addition, where each film, region, pad, site or pattern is referred to as "first," "second," "third," and / or "fourth," it is not intended to limit these members but merely to each film. To distinguish between regions, pads, regions or patterns. Thus, "first", "second", "third" and / or "fourth" may be used selectively or interchangeably for each film, region, pad, site or pattern, respectively.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1 내지 도 14는 반도체 소자의 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다. 도 1 내지 도 7은 반도체 기판의 셀 영역 및 주변 영역을 모두 도시하고 있으나, 도 8 내지 도 14는 셀 영역의 액티브 영역 및 필드 영역을 확대한 공정 단면도들을 도시하고 있다.1 to 14 are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device. 1 to 7 illustrate both the cell region and the peripheral region of the semiconductor substrate, but FIGS. 8 to 14 illustrate process cross-sectional views of the active region and the field region of the cell region.
도 1을 참조하면, 셀 영역(cell area) 및 주변 영역(periphery area)을 포함하는 기판(100)을 마련한다.Referring to FIG. 1, a
상기 기판(100)을 실리콘(silicon)을 포함하는 반도체 기판(100)일 수 있다. 그리고, 상기 셀 영역은 이후 형성되는 반도체 소자의 저장 소자들이 구비되는 영역이며, 상기 주변 영역은 상기 반도체 소자의 로직 셀들이 구비되는 영역이다.The
상기 반도체 기판(100)에 매립된 산화물 패턴(102)을 형성한다. 상기 산화물 패턴은 반도체 기판(100)의 필드 영역(102)이며, 상기 산화물 패턴에 의해 액티브 영역(100)이 한정된다.An
상기 필드 영역(102)을 형성하는 방법을 보다 상세하게 설명하면, 우선, 상기 반도체 기판(100) 상에 제1 패드 산화막(pad oxide layer, 도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제1 패드 산화막이 형성됨으로써 후속 공정에서 형성되는 제1 질화막(도시되지 않음)과 반도체 기판(100) 사이의 스트레스를 완화시킬 수 있다. 상기 제1 패드 산화막은 열 산화(thermal oxidation) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 공정을 수행하여 형성될 수 있다.Referring to the method of forming the
상기 제1 패드 산화막 상에 제1 질화막을 형성한다. 상기 제1 질화막은 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정에 의해 형성될 수 있다. A first nitride film is formed on the first pad oxide film. The first nitride film may be formed by a chemical vapor deposition process or an atomic layer deposition process.
상기 제1 질화막 상에 상기 제1 질화막을 부분적으로 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이때, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 형성하기 이전에, 상기 제1 질화막 상에 비정질 탄소막(도시되지 않음) 및 유기 반사 방지막(도시되지 않음)을 더 형성할 수 있다. 상기 비정질 탄소막 및 유기 반사 방지막은 이후에 수행되는 사진 공정에서 난반사에 의해 제1 포토레지스트 패턴 측벽 프로파일이 불량해지는 것을 방지하기 위해 제공되는 막이다.A first photoresist pattern (not shown) is formed on the first nitride film to partially expose the first nitride film. In this case, before forming the first photoresist pattern, an amorphous carbon film (not shown) and an organic anti-reflection film (not shown) may be further formed on the first nitride film. The amorphous carbon film and the organic antireflective film are provided to prevent the first photoresist pattern sidewall profile from being poor by diffuse reflection in a subsequent photographic process.
상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 질화막을 식각하여 제1 질화막 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제1 질화막 패턴을 형성한 후, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 에싱(ashing) 및 스트립(strip) 공정에 의해 제거할 수 있다.The nitride layer is etched using the first photoresist pattern as an etching mask to form a first nitride layer pattern (not shown). After forming the first nitride film pattern, the first photoresist pattern may be removed by an ashing and strip process.
상기 제1 질화막 패턴을 식각 마스크로 사용하여, 상기 제1 패드 산화막 및 반도체 기판(100)을 식각하여 제1 패드 산화막 패턴 및 트렌치(trench, 도시되지 않음)를 형성한다. 상기 식각 공정으로 플라즈마 건식 식각(plasma dry etch)을 사용할 수 있다.The first pad oxide layer and the
상기 트렌치를 형성한 후, 상기 트렌치 내부에 열 산화막(thermal oxide layer, 도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 상기 열 산화막은 이전의 플라즈마 식각 공정 시 발생한 표면 손상을 치유하기 위해 상기 트렌치 표면을 열 산화시켜 얇은 두께로 상기 트렌치 내부에 형성될 수 있다.After forming the trench, a thermal oxide layer (not shown) may be formed inside the trench. The thermal oxide layer may be formed inside the trench in a thin thickness by thermally oxidizing the trench surface in order to cure the surface damage generated during the previous plasma etching process.
상기 열 산화막이 형성된 트렌치 내면에 수백Å의 절연막 라이너(dielectric liner, 도시되지 않음)를 형성할 수 있다. 상기 절연막 라이너는 이후 공정에 의해 상기 트렌치 내에 매립되는 소자 분리막용 산화막 내부의 스트레스(stress)를 감소시키고, 불순물들이 소자 분리 패턴 내로 침투하는 것을 방지하지 위해 형성된다.Hundreds of insulation dielectric liners (not shown) may be formed on the inner surface of the trench in which the thermal oxide film is formed. The insulating film liner is formed in order to reduce stress in the oxide film for the device isolation layer embedded in the trench by a subsequent process and to prevent impurities from penetrating into the device isolation pattern.
상기 트렌치를 매립하도록 상기 질화막 패턴 상에 매립 산화막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 매립 산화막은 갭 매립 특성이 우수한 USG(Undoped Silicate Glass)막, O3-TEOS USG(O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate Undoped Silicate Glass)막 또는 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 산화막 등을 들 수 있다.A buried oxide film (not shown) is formed on the nitride film pattern to fill the trench. The buried oxide film may include a USG (Undoped Silicate Glass) film having excellent gap filling properties, an O 3 -TEOS USG (O 3 -Tetra Ethyl Ortho Silicate Undoped Silicate Glass) film, or a high density plasma (HDP) oxide film. have.
필요한 경우, 상기 매립 산화막을 약 800 내지 1,050℃의 고온 및 불활성 가스 분위기 하에서 어닐링(annealing) 공정을 수행하여 상기 매립 산화막을 치밀화(densification)시켜 후속하는 세정 공정에 대한 습식 식각율을 낮출 수 있다.If necessary, the buried oxide film may be annealed under a high temperature and inert gas atmosphere of about 800 to 1,050 ° C. to densify the buried oxide film, thereby lowering the wet etch rate for the subsequent cleaning process.
상기 매립 산화막을 에치백(etch back) 또는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 공정으로 상기 질화막 패턴의 상부면이 노출되도록 연마하여 매립 산화막 패턴을 형성한다.The buried oxide layer is polished to expose the top surface of the nitride layer pattern by an etch back or chemical mechanical polishing process to form a buried oxide layer pattern.
상기 매립 산화물 패턴(102)을 형성한 후, 상기 제1 질화막 패턴을 제거한다.After forming the buried
이로써, 반도체 기판(100)이 매립 산화물 패턴의 필드 영역(102)과, 상기 매 립 산화막 패턴으로 한정되는 액티브 영역(100)으로 구분된다. 이때, 상기 필드 영역(102)과 액티브 영역(100)은 셀 영역 및 주변 영역에 모두 형성된다.As a result, the
도 2를 참조하면, 매립 산화막 패턴이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제2 패드 산화막(104), 제1 실리콘층(106) 및 제2 질화막(108)을 형성한다.Referring to FIG. 2, the second
상기 제2 패드 산화막(104)은 열 산화 또는 화학 기상 증착 공정에 의해 수행된다. 특히, 상기 주변 영역 상에 형성된 제2 패드 산화막(104)은 게이트 절연막으로 기능하며, 상기 셀 영역 상에 형성된 제2 패드 산화막(104)은 반도체 기판(100)의 스트레스(stress)를 감소시키는 기능을 한다.The second
상기 제1 실리콘층(106)은 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정을 수행하여 형성된다. 상기 제1 실리콘층(106)은 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 포함할 수 있다. 특히, 상기 주변 영역 상에 형성된 제1 실리콘층(106)을 후속되는 고온 공정들에 의해 폴리실리콘층으로 변환되어 게이트 전극으로 기능하며, 상기 셀 영역 상에 형성된 제1 실리콘층(106)은 이후 리세스를 형성하는데 식각 마스크로 사용될 수 있다.The
상기 제2 질화막(108)은 화학 기상 증착 또는 원자층 적층 공정을 수행하여 형성된다. 특히, 상기 주변 영역 상에 형성된 제2 질화막(108)은 이후 게이트 전극을 형성하는데 식각 마스크로 사용되고, 상기 셀 영역 상에 형성된 제2 질화막(108)은 이후 리세스를 형성하는데 식각 마스크로 사용된다.The
도 3을 참조하면, 상기 제2 질화막(108) 상에 상기 제2 질화막(108)은 부분적으로 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 노출된 제2 질화막(108)을 식각하여 제2 질화막 패턴(110)을 형성한다.Referring to FIG. 3, a second photoresist pattern (not shown) is formed on the
상기 제2 질화막 패턴(110)을 형성하는 동안, 상기 제2 질화막 패턴(110)에 의해 한정되는 제1 개구(112)가 생성된다.While forming the second
상기 제2 질화막 패턴(110)을 형성한 후, 식각 공정을 지속적으로 수행하여 상기 제1 실리콘층(106)의 상부 일부를 제거한다. 이때, 상기 제거되는 두께는 이후 형성되는 제2 실리콘층의 두께와 동일한 두께를 가질 수 있다.After forming the second
상기 제2 질화막 패턴(110)을 형성한 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴은 에싱 및 스트립 공정에 의해 제거될 수 있다.After forming the second
도 4를 참조하면, 상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제1 실리콘층(106) 상에 연속적으로 제2 실리콘층(114)을 형성한다. 이때, 상기 제2 실리콘층(114)이 상기 제2 질화막 패턴(110)에 의해 한정되는 제1 개구(112)를 완전하게 매립하지 않도록 한다.Referring to FIG. 4, a
상기 제2 실리콘층(114)은 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 실리콘층(114)이 형성되는 두께는 상기 제1 실리콘층(106) 상부의 제거된 두께와 동일할 수 있다. 그리고, 상기 셀 영역 상에 형성되는 제2 실리콘층(114)의 두께에 따라 이후 형성되는 리세스된 게이트 전극의 선폭이 결정된다.The
도 5를 참조하면, 상기 제2 실리콘층(114) 상에, 상기 제2 질화막 패턴(110) 사이의 제1 개구(112)를 매립하는 제3 질화막(116)을 형성한다.Referring to FIG. 5, a
상기 제3 질화막(116)은 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제3 질화막(116)은 상기 제2 질화막과 동일한 식각 선택비를 가질 수 있다.The
도 6을 참조하면, 상기 제2 실리콘층(114)의 상부면이 노출되도록 상기 제3 질화막(116)의 상부를 제거한다. 상기 제3 질화막(116)의 상부 일부는 화학 기계적 연마 공정 또는 에치 백 공정을 이용하여 제거할 수 있다.Referring to FIG. 6, an upper portion of the
상기 제2 질화막 패턴(110)의 상부와, 상기 제3 질화막(116)의 상부와 상기 노출된 제2 실리콘층(114)의 상부 일부를 제거한다. 이로써, 제2 질화막 패턴(110), 제3 질화막 패턴(118) 및 제2 실리콘층 패턴(122)이 교번되어 형성된다.An upper portion of the second
도 7을 참조하면, 상기 제2 실리콘층 패턴(122)을 제거한다. 상기 제2 실리콘층 패턴(122)은 등방성 식각에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 7, the second
상기 등방성 식각 공정으로 습식 식각 공정을 사용하고, 상기 습식 식각 공정에 사용되는 습식 식각 용액은 실리콘과 질화물 사이에서 높은 식각 선택비를 갖는다. 즉, 상기 습식 식각 용액을 이용하여 상기 제2 실리콘층 패턴(122)을 제거하는 동안 상기 제2 실리콘층 패턴(122) 양측에 구비되는 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)은 거의 식각되지 않는다.A wet etching process is used as the isotropic etching process, and the wet etching solution used in the wet etching process has a high etching selectivity between silicon and nitride. That is, the second
상기 제2 실리콘층 패턴(122)을 완전하게 제거하는 동안, 상기 제1 실리콘층(106) 상에는 상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)에 의해 한정되는 제2 개구(124)가 생성된다.While completely removing the second
계속해서, 상기 제2 개구(124)에 의해 노출된 제1 실리콘층(106)을 식각하여 상기 제2 패드 산화막(104)을 노출시키는 제3 개구(126)를 포함하는 제1 실리콘층 패턴(120)을 형성한다. 상기 식각 공정으로는 등방성 식각 또는 이방성 식각을 사용할 수 있다. 예를 들어 등방성 식각을 사용하는 경우, 습식 식각 공정을 이용할 수 있으며, 상기 습식 식각 공정 시, 상기 습식 식각 용액과 동일한 습식 식각 용액을 사용할 수 있다.Subsequently, a first silicon layer pattern including a
이때, 상기 제2 개구(124) 및 제3 개구(126)는 서로 연통되며, 상기 제2 개구(124) 및 제3 개구(126)는 동일한 폭을 갖는다.In this case, the
이로써, 매립된 산화물 패턴(102)을 포함하는 기판(100) 상에 제2 패드 산화막(104)이 형성되며, 상기 제2 패드 산화막(104) 상에, 제3 개구(126)를 포함하는 제1 실리콘층 패턴(120)과 제2 개구(124)를 포함하는 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)이 형성된다.As a result, a second
여기에서, 셀 영역에 형성된 제1 실리콘층 패턴(120)과, 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)이 이후 리세스를 형성하기 위한 마스크 패턴을 사용된다. 한편, 주변 영역에 형성된 제1 실리콘층 패턴(120)은 게이트 전극으로 사용되고, 상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)은 후속 공정 시 상기 제1 실리콘층 패턴(120)을 보호하는 기능을 수행한다.Here, the first
따라서, 이하의 공정들은 기판(100)의 셀 영역에만 선택적으로 수행된다. 그리고, 이하 도 8 내지 도 14는 상기 셀 영역의 액티브 영역(100) 및 필드 영역(102)을 보다 확대하여 설명하기로 한다.Therefore, the following processes are selectively performed only in the cell region of the
도 8을 참조하면, 상기 제1 실리콘층 패턴(120)을 등방성 식각하여 상기 제3 개구(126)로부터 확장된 제4 개구(128)를 생성한다.Referring to FIG. 8, the first
상기 등방성 식각으로는 습식 식각을 사용하며, 상기 습식 식각에 사용되는 습식 식각 용액은 질화물 및 실리콘 사이에 식각 선택비를 갖는 물질이다. 즉, 상기 제1 실리콘층 패턴(120)의 측벽 일부가 제거되는 동안 상기 제1 질화막 패턴 및 제2 질화막 패턴(110)은 거의 식각되지 않는다.Wet etching is used as the isotropic etching, and the wet etching solution used for the wet etching is a material having an etching selectivity between nitride and silicon. That is, the first nitride layer pattern and the second
상기 제4 개구(128)를 포함하는 제1 실리콘층 패턴(120)은 상기 셀 영역의 액티브 영역(100) 및 필드 영역(102) 상에 모두 형성된다. 이때, 상기 액티브 영역(100)은 실리콘을 포함하고, 상기 필드 영역(102)은 산화물을 포함한다.The first
도 9를 참조하면, 상기 제1 실리콘층 패턴(120)의 측벽을 플라즈마 질화 처리(plasma nitridation)한다.Referring to FIG. 9, plasma nitridation is performed on the sidewall of the first
상기 제1 실리콘층 패턴(120)을 질화 처리함으로써 후속되는 산화 처리 공정 시, 상기 제1 실리콘층 패턴(120)의 측벽이 산화되는 것을 억제할 수 있다.By nitriding the first
도 10을 참조하면, 상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)을 식각 마스크로 사용하여 노출된 반도체 기판(100)을 식각하여 리세스(130)를 형성한다.Referring to FIG. 10, the
상기 식각 공정은 전면 이방성 식각을 사용하며, 상기 전면 이방성 식각 공정으로는 플라즈마 건식 식각을 들 수 있다.The etching process uses full anisotropic etching, and the front anisotropic etching process may include plasma dry etching.
상기 리세스(130)의 상부 폭은 상기 제2 개구(124)와 동일한 폭을 가진다.The upper width of the
그리고, 셀 영역의 액티브 영역(100)에 형성된 리세스(130)는 하부로 갈수록 좁은 폭을 가지며, 필드 영역(102)에 형성된 리세스(130)는 상부 및 하부가 실질적 으로 동일한 폭을 가진다. 이는 상기 액티브 영역(100)은 실리콘을 포함하며, 상기 필드 영역(102)은 산화물을 포함하고 있기 때문이다.The
이때, 상기 리세스(130)에 의해 노출된 액티브 영역(100)에는, 상기 액티브 영역(100)에 포함된 실리콘이 산소와 반응하여 자연 산화막(native oxide layer, 132)이 생성될 수 있다.In this case, in the
도 11을 참조하면, 상기 액티브 영역(100)의 리세스(130) 내측벽에 생성된 자연 산화막(132)을 제거하기 위하여 세정 공정을 수행한다.Referring to FIG. 11, a cleaning process is performed to remove the
상기 세정 공정에 사용되는 세정 용액으로는 암모니아(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수(deionized water)를 포함하는 SC-1(standard clean-1) 용액, 희석된 오존(O3) 또는 희석된 불산(HF) 등을 사용할 수 있다.The cleaning solution used in the cleaning process includes SC-1 (standard clean-1) solution containing ammonia (NH 4 OH), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and deionized water, and diluted ozone (O). 3 ) or diluted hydrofluoric acid (HF) may be used.
상기 액티브 영역(100)의 리세스(130) 내측벽에 생성된 자연 산화막(132)을 제거하는 동안 상기 필드 영역(102)의 리세스(130)는, 산화물로 이루어져 있기 때문에 상기 세정 용액에 의해 확장된다.The
도 12를 참조하면, 상기 액티브 영역(100)의 리세스(130) 내측면에 게이트 절연막(134)을 형성하기 위하여, 상기 도 11에 도시된 결과물을 산화 처리(oxidation)한다. 상기 산화 처리로는 열 산화(thermal oxidation) 공정을 들 수 있다.Referring to FIG. 12, in order to form the
상기 산화 처리 공정을 수행하면, 실리콘을 포함하는 액티브 영역(100)의 리세스(130) 내측면은 용이하게 산화되며, 상기 산화물을 포함하는 필드 영역(102)의 리세스(130) 내측면은 거의 산화되지 않는다. 또한, 상기 질화 처리된 제1 실리콘층 패턴(120)도 일부 산화된다. 즉, 산화되는 정도를 살펴보면, 액티브 영역(100)의 리세스(130) 내측면, 질화 처리된 제1 실리콘층 패턴(120) 및 필드 영역(102)의 리세스(130) 내측면 순으로 빠르게 산화된다.When the oxidation process is performed, the inner surface of the
이로써, 액티브 영역(100)의 리세스(130) 상부의 폭은 상기 제4 개구(128)의 폭보다 작거나 동일한 폭을 가지며, 필드 영역(102)의 리세스(130) 상부의 폭은 상기 제4 개구(128)의 폭보다 작거나 동일한 폭을 가질 수 있다.Accordingly, the width of the upper portion of the
도 13을 참조하면, 상기 리세스(130), 제2 개구(124) 및 제4 개구(128)를 매립하도록 상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118) 상에 도전막(136)을 형성한다.Referring to FIG. 13, a conductive layer may be formed on the second
상기 도전막(136)은 금속, 금속 질화물 또는 금속 실리사이드를 포함할 수 있으며, 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 예컨대, 상기 도전막(136)으로는 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 텅스텐 질화물(WN), 티타늄 실리사이드(TiSi), 탄탈륨 실리사이드(TaSi), 텅스텐 실리사이드(WSi) 등을 들 수 있다.The
이때, 상기 리세스(130)의 상부 폭이 상기 제2 개구(124) 및 제4 개구(128)와 동일하거나 작기 때문에 상기 리세스(130)를 도전막(136)으로 매립하는 동안, 상기 도전막(136) 내에 보이드 및 심 등이 생성되는 것을 미연에 억제할 수 있다.In this case, since the upper width of the
상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118)의 상부가 노출되도록 상기 도전막(136)의 상부를 연마한다. 상기 연마 공정으로는 화학 기계적 연마 공 정 및 에치 백 등을 들 수 있다.The upper portion of the
도 14를 참조하면, 상기 제2 질화막 패턴(110)과, 제3 질화막 패턴(118)과, 상기 제2 질화막 패턴(110) 및 제3 질화막 패턴(118) 사이의 도전막(136)을 제거한다.Referring to FIG. 14, the
이어서, 상기 제1 실리콘층 패턴(120)과, 상기 제1 실리콘층 패턴(120) 사이의 도전막(136)을 제거하여 반도체 기판(100)을 노출시킨다.Subsequently, the
계속해서, 상기 도전막(136)의 일부를 제거하여 상기 반도체 기판(100)의 표면보다 낮은 상부면을 갖는 도전막 패턴(138)을 형성한다. 상기 도전막 패턴(138)은 리세스(130)된 게이트 전극으로 기능한다.Subsequently, a portion of the
상세하게 도시되어 있지는 않지만, 상기 도전막 패턴(138) 양측에 노출된 반도체 기판(100)에 소스/드레인 영역을 형성할 수 있다.Although not shown in detail, source / drain regions may be formed in the
이로써, 게이트 절연막(132), 게이트 전극(138) 및 소스/드레인 영역을 포함하는 트랜지스터를 형성할 수 있다. 상기 트랜지스터의 게이트 전극 내부에 보이드 또는 심이 형성되지 않음으로써, 문턱 전압의 산포를 우수하게 형성하고, 누설 전류 억제할 수 있다.As a result, a transistor including the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 리세스의 상부이 상기 리세스와 연통된 개구들의 폭보다 작거나 동일하도록 형성함으로써, 상기 리세스 및 개구들을 도전막으로 매립하는 동안, 상기 도전막 내부의 보이드 및 심 생성을 억제할 수 있다.As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, the upper portion of the recess is formed to be smaller than or equal to the width of the openings in communication with the recess, thereby filling the recess and the openings with a conductive film, while It is possible to suppress the generation of internal voids and shims.
따라서, 상기 도전막을 게이트 전극으로 사용하는 트랜지스터의 문턱 전압의 산포를 우수하게 하고, 누설 전류 생성을 억제할 수 있어 반도체 장치의 전기적인 특성을 보다 향상시킬 수 있다.Therefore, the distribution of the threshold voltage of the transistor using the conductive film as the gate electrode can be excellent, and the generation of leakage current can be suppressed, so that the electrical characteristics of the semiconductor device can be further 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 (3)
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KR1020060134465A KR20080060424A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method of forming a semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110517953A (en) * | 2018-05-21 | 2019-11-29 | 东京毅力科创株式会社 | Substrate processing method using same and substrate board treatment |
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2006
- 2006-12-27 KR KR1020060134465A patent/KR20080060424A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110517953A (en) * | 2018-05-21 | 2019-11-29 | 东京毅力科创株式会社 | Substrate processing method using same and substrate board treatment |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |