KR20080065805A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 레이아웃.1 is a layout of a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 레이아웃.3 is a layout of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 4g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들.4A through 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101 : 활성 영역 103 : 리세스 게이트 영역101: active region 103: recess gate region
105 : 게이트 영역 120 : 소자 분리 영역105: gate region 120: device isolation region
210 : 반도체 기판 220 : 소자 분리 구조210: semiconductor substrate 220: device isolation structure
301 : 활성 영역 303 : 리세스 게이트 영역301
305 : 게이트 영역 320 : 소자 분리 영역305: gate region 320: device isolation region
410 : 반도체 기판 412 : 패드 산화막410: semiconductor substrate 412: pad oxide film
414 : 패드 질화막 422 : 제 1 산화막414: pad nitride film 422: first oxide film
424 : 제 1 질화막 426 : 하드 마스크층424
429 : 감광막 패턴 430 : 제 1 리세스429: photoresist pattern 430: first recess
432 : 스페이서 434 : 제 2 리세스432: spacer 434: second recess
440 : 리세스 게이트 구조 460 : 게이트 절연막440: recess gate structure 460: gate insulating film
465 : 게이트 도전층 470 : 하부 게이트 도전층465: gate conductive layer 470: lower gate conductive layer
475 : 하부 게이트 전극 480 : 상부 게이트 도전층475: lower gate electrode 480: upper gate conductive layer
485 : 상부 게이트 전극 490 : 게이트 하드 마스크층485: upper gate electrode 490: gate hard mask layer
493 : 게이트 전극 495 : 게이트 하드 마스크층 패턴493: gate electrode 495: gate hard mask layer pattern
497 : 게이트 구조물497: gate structure
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 아일랜드 형(Island type) 리세스 게이트 마스크에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to an island type recess gate mask.
반도체 소자의 성능을 향상시키고 제조 비용을 절감하기 위하여 반도체 소자의 집적도가 지속적으로 증가하고 있어 안정적으로 반도체 소자의 크기를 감소시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다. 그동안 반도체 소자의 제조 기술에서는 반도체 소자의 속도 및 집적도를 향상시키기 위해서 소자의 디자인 룰을 감소시켜 모스 트랜지스터(MOSFET: Metal oxide semiconductor field effect transistor)의 채널 길이도 감소하였다.In order to improve the performance of the semiconductor device and to reduce the manufacturing cost, the degree of integration of the semiconductor device is continuously increasing, and a technology for stably reducing the size of the semiconductor device is required. In the meantime, in the manufacturing technology of semiconductor devices, the channel length of the metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) has been reduced by reducing the design rules of the devices in order to improve the speed and the degree of integration of the semiconductor devices.
이러한 반도체 소자의 미세화 및 고집적화 추세에 따라, 반도체 소자의 디자인 룰이 축소되어 모스 트랜지스터의 채널 길이가 점점 짧아졌다. 채널 길이의 감소는 소오스 영역과 드레인 영역 사이의 간격을 좁혀 단채널 효과(SCE: Short channel effect)로 인하여 드레인 영역의 전압이 소오스 영역과 채널 영역의 전압에 영향을 미치는 것을 효율적으로 제어하는 것이 쉽지 않아 능동 스위치 소자 특성이 열화되었다. 또한, 소오스/드레인 영역 사이의 간격이 좁아 소오스/드레인 펀치쓰루(Punch-through) 현상에 의한 영향을 배제하기 어렵다.In accordance with the trend of miniaturization and high integration of semiconductor devices, the design rules of semiconductor devices have been reduced, and channel lengths of MOS transistors have become shorter and shorter. Reducing the channel length narrows the gap between the source and drain regions, making it easy to efficiently control the voltage of the drain region affecting the source and channel regions due to the short channel effect (SCE). As a result, the characteristics of the active switch device deteriorated. In addition, it is difficult to exclude the influence of the source / drain punch-through phenomenon because the interval between the source / drain regions is narrow.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 반도체 기판을 리세스시키고 이를 매립하는 게이트 전극을 형성하여 유효 채널 길이를 증가시킨 리세스 FET(Recess field effect transistor) 구조가 제안되었다. 이러한 구조는 소오스/드레인 펀치쓰루 현상을 개선하고 실질적으로 소오스/드레인 영역 사이의 거리를 크게할 수 있다. 따라서, 디자인 룰 감소에 따른 채널 길이 축소를 입체적으로 증가시킬 수 있어 궁극적으로 소자의 고집적화에 도움을 주는 구조이다.In order to solve this problem, a recess field effect transistor (FET) structure has been proposed, which increases the effective channel length by recessing a semiconductor substrate and forming a gate electrode filling the gap. This structure can improve the source / drain punchthrough phenomenon and substantially increase the distance between the source / drain regions. Therefore, the channel length reduction due to the reduction of the design rule can be increased three-dimensionally, which ultimately helps the high integration of the device.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 레이아웃을 도시한 평면도이다. 반도체 기판 상부에 소자 분리 구조(120), 활성 영역(101) 및 활성 영역(101)과 교차하는 워드라인인 게이트 구조물(105)이 형성되어 있다. 리세스 게이트 영역(103)은 라인 형으로 게이트 구조물(105) 하부에 구비되며, 게이트 구조물(105)의 폭보다 좌우로 각각 D만큼 작다. 즉, 리세스 게이트 영역(103)의 오정렬 마진은 D이다.1 is a plan view showing the layout of a semiconductor device according to the prior art. A
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 단면도를 도시한다. 도 1의 리세스 게이트 영역(103)은 라인 형으로 구비되어 활성 영역 및 소자 분리 구조의 일부가 리세스된다. 도 1에 도시된 것처럼 리세스 게이트 영역(103)이 정렬 마진 이상의 오정렬되면, 소자 분리 구조(220) 상부에 있는 게이트 구조물이 인접한 활성영역과 브리지(Bridge) 될 수 있다. 결국, 반도체 소자의 신뢰성 등을 크게 떨어뜨리는 원 인이 되고 있다. 또한, 리세스FET 공정으로 소자의 충분한 리프레쉬 특성을 확보하는 것이 어려워 리프레쉬 특성을 향상시키기 위하여 리세스의 하부의 곡률반경을 증가시기 위하여 추가적 공정을 도입하여 리세스FET과 활성 영역 간의 오정렬 문제가 공정 마진에 큰 영향을 미쳤다. 결국, 소자의 수율 및 신뢰성을 감소시키게 되었다.2 shows a cross-sectional view of a semiconductor device according to the prior art. The
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히 반도체 기판에 STI 공정을 수행하여 활성 영역을 정의하는 소자 분리 구조를 형성하고, 아일랜드형 리세스 게이트 마스크로 활성 영역을 선택 식각하여 3차원 리세스 채널 구조를 형성하며, 3차원 리세스 채널 구조를 포함한 활성 영역 상부에 게이트 절연막을 형성하고, 게이트 절연막 상부에 게이트 전극을 형성하여 3차원 리세스 채널 구조를 매립하도록 반도체 소자를 설계함으로써, 3차원 리세스 게이트와 활성 영역 간의 충분한 정렬 마진을 확보하여 소자의 리프레쉬 특성을 개선하고 소자의 수득률을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, in particular, to form a device isolation structure that defines the active region by performing an STI process on the semiconductor substrate, and selectively etching the active region with an island-type recess gate mask three-dimensional By forming a recess channel structure, forming a gate insulating film over the active region including the three-dimensional recess channel structure, and forming a gate electrode over the gate insulating film to design the semiconductor device to fill the three-dimensional recess channel structure, The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of securing a sufficient alignment margin between the dimensional recess gate and the active region to improve the refresh characteristics of the device and improve the yield of the device.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은,The present invention is to achieve the above object, the manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention,
반도체 기판에 STI 공정을 수행하여 활성 영역을 정의하는 소자 분리 구조를 형성하는 단계와, 게이트 영역의 길이 방향에 따른 선 폭이 활성 영역의 단축 선 폭보다 2E만큼 큰 아일랜드형 리세스 게이트 마스크로 활성 영역을 선택 식각하여 3차원 리세스 채널 구조를 형성하는 단계와, 3차원 리세스 채널 구조를 포함한 활성 영역 상부에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 게이트 절연막 상부에 게이트 전극을 형성하여 3차원 리세스 채널 구조를 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다(단, 0≤E≤(1/2)F, F는 인접한 게이트 사이의 폭).Forming a device isolation structure defining an active region by performing an STI process on the semiconductor substrate, and acting as an island-type recess gate mask having a line width in the longitudinal direction of the gate region that is 2E larger than the shortened line width of the active region; Selectively etching the region to form a three-dimensional recess channel structure, forming a gate insulating layer on the active region including the three-dimensional recess channel structure, and forming a gate electrode on the gate insulating layer to form the three-dimensional recess channel structure And embedding the channel structure (where 0 ≦ E ≦ (1/2) F, where F is the width between adjacent gates).
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 레이아웃을 도시한 평면도이다. 반도체 기판 상부 소자 분리 구조(320), 활성 영역(301) 및 활성 영역(301)과 교차하는 워드라인인 게이트 구조물(305)이 형성되어 있다. 게이트 구조물(305) 사이의 간격은 F이며, 리세스 게이트 영역(303)은 라인 형(Line type)이 아닌 직사각형의 아일랜드 형(Island type)으로서 게이트 구조물(305) 하부에 구비되며, 게이트 구조물(305)의 폭보다 좌우로 각각 D만큼 작고, 활성 영역(301)의 선 폭보다 상하로 각각 E만큼 크다. 여기서, O≤D≤(1/3)F, 0≤E≤(1/2)F 및 F는 디자인 룰에 따른 인접한 게이트 사이의 최소 선 폭인 것이 바람직하다.3 is a plan view showing the layout of a semiconductor device according to the present invention. A
도 4a 내지 4g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들로서, 도 4a(i) 내지 4g(i)는 도 3의 I-I'을 따른 단면도들이고, 도 4a(ii) 내지 4g(ii)는 도 3의 II-II'을 따른 단면도들이다. 반도체 기판(410) 상부에 패드 산화막(412)과 패드 질화막(414)을 형성한 후, 패드 질화막(414) 상부에 감광막(미도시)을 형성한다. 다음으로, 소자 분리 마스크(미도시)로 감광막을 노광 및 현상하여 소자 분리 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이 후, 감광막 패턴을 식각 마스크로 패드 질화막(414), 패드 산화막(412) 및 반도체 기판(410)을 소정 두께 식각하여 도 3의 활성 영역(301)을 정의하는 트렌치(미도시)를 형성한 후, 감광막 패턴을 제거한다. 그 다음, 트렌치를 매립하는 소자 분리용 산화막을 형성한 후, 패드 질화막(414)을 노출할 때까지 소자 분리용 산화막을 평탄화 식각하여 소자 분리 구조(420)을 형성한다. 여기서, 소자 분리용 산화막과 트렌치의 계면에 열 산화막(미도시), 라이너 질화막(미도시) 및 라이너 산화막(미도시)의 적층구조를 형성하는 것이 바람직하다. 4A to 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. FIGS. 4A to 4G are cross-sectional views taken along line II ′ of FIG. 3. ii) to 4g (ii) are cross-sectional views along II-II 'of FIG. 3. After forming the
도 4b를 참조하면, 소자 분리 구조(420)를 습식 식각 방법으로 소정 두께 식각하여 그 높이를 낮춘 후, 남은 패드 질화막(414)과 패드 산화막(412)을 제거하여 반도체 기판(410)을 노출한다. 다음으로, 노출된 반도체 기판(410)에 제 1 산화막(422)을 형성한 후, 전체 표면에 감광막(미도시)을 도포한다. 이후, 셀 영역을 노출하는 마스크로 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한 후, 이를 마스크로 이온을 주입하여 제 1 산화막 하부의 반도체 기판(410)에 웰 및 채널 이온 주입 영역(미도시)을 형성한다. 그 다음, 감광막 패턴을 제거한다. 이후, 전체 표면 상부에 평탄화된 제 1 질화막(424) 및 제 1 하드 마스크층(426)을 형성한다. 여기서, 제 1 하드 마스크층(426)은 폴리실리콘층, 비정질 탄소막, CVD 산화막, SiON막 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 바람직하다.Referring to FIG. 4B, after the
도 4c를 참조하면, 제 1 하드 마스크층(426) 상부에 감광막(미도시)을 형성한 후, 도 3의 리세스 게이트 영역(303)을 정의하는 노광 마스크로 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(429)을 형성하되, 도 3의 게이트 영역(305)의 길이 방향 에서는 리세스 게이트 마스크의 선 폭은 도 3의 활성 영역(301)의 폭보다 길고, 도 3의 활성 영역(301)의 길이 방향에서는 리세스 게이트 마스크의 선 폭은 도 3의 게이트 영역(305)보다 작게 형성한다. 다음으로, 감광막 패턴(429)을 식각 마스크로 노출된 제 1 하드 마스크층(426), 제 1 질화막(424) 및 제 1 산화막(422)을 식각하여 도 3의 리세스 게이트 영역(303)의 반도체 기판(310)을 노출한다. 한편, 본 발명의 다른 실시 예에서는 리세스 게이트 마스크를 타원형과 같은 닫힌 다각형으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4C, after the photoresist layer (not shown) is formed on the first
도 4d 및 4e를 참조하면, 노출된 반도체 기판(410)을 소정 두께 식각하고 노출된 소자 분리 구조(420)를 식각하여 리세스된 채널 영역을 정의하는 제 1 리세스(430)를 형성한다. 다음으로, 남은 감광막 패턴(429)과 제 1 하드 마스크층(426)을 제거한 후, 제 1 리세스(430) 내에 노출된 반도체 기판(410), 제 1 산화막(422) 및 제 1 질화막(424)의 측벽에 절연막(미도시)을 형성한 후, 절연막을 건식 식각하여 제 1 리세스(430)의 측벽에 스페이서(432)를 형성한다. 이후, 스페이서(432)를 식각 마스크로 제 1 리세스(430) 하부에 노출된 반도체 기판(410)을 소정 두께 식각하여 제 2 리세스(434)를 형성한다. 여기서, 제 2 리세스(434) 형성을 위한 식각 공정은 등방성 식각 방법인 것이 바람직하다. 또한, 제 2 리세스(434) 하부는 도 3의 활성 영역(401)의 길이 방향에서 타원형 또는 원형인 것이 바람직하다.4D and 4E, the exposed
도 4f를 참조하면, 스페이서(432)를 제거하여 제 1 리세스(430)와 제 2 리세스(434)에 의해 정의되는 3차원 리세스 게이트 구조(440)를 형성한다. 다음으로, 노출된 반도체 기판(410) 상부에 게이트 절연막(460)을 형성한 후, 리세스 게이트 구조(440)를 매립하는 게이트 도전층(465)을 형성한다. 그 다음, 게이트 도전층(465) 상부에 게이트 하드 마스크층(490)을 형성한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 게이트 도전층(465)은 하부 게이트 도전층(470)과 상부 게이트 도전층(480)의 적층 구조인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4F, the
도 4g를 참조하면, 게이트 하드 마스크층(490) 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후, 게이트 마스크(미도시)로 감광막을 노광 및 현상하여 도 3의 게이트 영역(305)을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 다음으로, 감광막 패턴을 식각 마스크로 게이트 하드 마스크층(490), 상부 게이트 도전층(480) 및 하부 게이트 도전층(470)을 패터닝하여 게이트 하드 마스크층 패턴(495)과 게이트 전극(493)의 적층 구조로 이루어진 게이트 구조물(497)을 형성한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 게이트 전극(493)은 하부 게이트 전극(475)와 상부 게이트 전극(485)의 적층구조로 이루어진다. 또한, 하부 게이트 도전층(470)은 폴리실리콘층, SiGe층 또는 이들의 적층구조로 형성하는 것이 바람직하며, 상부 게이트 도전층(480)은 티타늄 질화막, 텅스텐 질화막, 텅스텐 폴리사이드층, 티타늄 폴리사이드층, 티타늄층, 텅스텐층 또는 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4G, after the photoresist film (not shown) is applied on the gate
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 리세스 게이트 구조 형성 시 리세스 게이트 영역을 아일랜드형(Island type)으로 설계함으로써, 리세스 게이트 구조가 오정렬되어 리세스 게이트 구조와 인접한 활성 영역의 브리지가 발생하지 않아 소자의 신뢰성과 특성을 개선할 수 있는 장점이 있 다. 또한, 리세스 게이트 구조와 인접한 활성 영역의 브리지가 방지되어 인접한 게이트에 영향을 주지 않기 때문에 문턱 전압에 대한 영향을 최소화할 수 있는 이점이 있다.As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention, the recess gate region is designed to have an island type when the recess gate structure is formed, such that the recess gate structure is misaligned and adjacent to the recess gate structure. There is an advantage that can improve the reliability and characteristics of the device because the bridge of the active area does not occur. In addition, since the bridge of the recess gate structure and the adjacent active region is prevented from affecting the adjacent gate, the influence on the threshold voltage may be minimized.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, the preferred embodiment of the present invention for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070002920A KR20080065805A (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Method for fabricating semiconductor device |
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KR1020070002920A KR20080065805A (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Method for fabricating semiconductor device |
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Family Applications (1)
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KR1020070002920A KR20080065805A (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Method for fabricating semiconductor device |
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2007
- 2007-01-10 KR KR1020070002920A patent/KR20080065805A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |