KR20080089031A - Method for fabricating recess gate in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 리세스게이트 제조 방법을 간략히 도시한 도면.1 is a view schematically showing a method for manufacturing a recess gate according to the prior art.
도 2는 첨점이 발생된 SEM 사진.Figure 2 is a SEM photograph of the cusp generated.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리세스게이트의 평면도.3 is a plan view of a recess gate according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 리세스게이트 제조 방법을 도시한 공정 단면도.4A through 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a recess gate of 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
31 : 실리콘기판 32 : 패드산화막31
33 : 패드질화막 34 : 트렌치33: pad nitride film 34: trench
35A : 소자분리막 36 : 하드마스크패턴35A: device isolation layer 36: hard mask pattern
37 : 게이트절연막37: gate insulating film
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 리세스게이트 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a recess gate.
최근에, 서브 100nm급 DRAM을 제조할 때 채널 길이가 짧아 소자의 리프레시 특성이 악화되는데, 이를 극복하기 위하여 활성영역을 수십 nm 정도 리세스(Recess)시켜 리세스에 게이트의 일부를 매립시키는 리세스 게이트(Recess Gate; R-gate) 기술이 제안되었다.Recently, when fabricating a sub-100nm DRAM, the channel length is short and the refresh characteristics of the device are deteriorated. To overcome this, recesses recessing the active region by several tens of nm to fill a portion of the gate in the recesses are recessed. Recess Gate (R-gate) technology has been proposed.
위와 같이 리세스 게이트를 갖는 반도체소자를 제조하면, 소자의 집적화에 따라 짧아지는 채널길이(Channel length)보다 더 긴 채널길이를 확보할 수 있어서 리프레시 특성을 크게 향상시킬 수 있다.When the semiconductor device having the recess gate is manufactured as described above, the channel length longer than the channel length shortened by the integration of the device can be ensured, thereby greatly improving the refresh characteristics.
도 1은 종래기술에 따른 리세스게이트 제조 방법을 간략히 도시한 도면이다.1 is a view briefly illustrating a method for manufacturing a recess gate according to the prior art.
도 1을 참조하면, 실리콘기판(11)에 소자분리막(12)을 형성한 후, 리세스식각을 진행하여 리세스패턴(13)을 형성한다.Referring to FIG. 1, after the
그러나, 종래기술은 리세스식각시 첨점(A-A'선에 따른 단면의 '14' 참조)이 발생되는 문제가 있다.However, the prior art has a problem in that a sharp point (see '14' of the cross section along the line A-A ') occurs during the recess etching.
도 2는 첨점이 발생된 SEM 사진이다.2 is a SEM photograph of the occurrence of the puncturing.
첨점(Horn, 14)은 실리콘기판(11)의 리세스식각시 소자분리막(12)으로 사용된 산화막이 식각장벽으로 작용하여 식각이 완전히 이루어지지 않기 때문에 발생한다. 이처럼, 산화막이 식각장벽으로 작용하는 것은 소자분리막 공정시 형성하는 트렌치의 슬로프(Slope, 도면부호 'S' 참조)에 기인한다.Horn (14) occurs because the oxide film used as the
이와 같은 첨점(14)이 제거되지 않으면, 셀 문턱전압을 저하시키며, 웨이퍼 내 균일도도 열화시켜 리프레시 특성 열화를 유발시킨다.If
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 리세스게이트 공정시 소자분리막과 활성영역간 경계부분에서 발생되는 첨점을 억제할 수 있는 반도체소자의 리세스게이트 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a method of manufacturing a recess gate of a semiconductor device capable of suppressing a sharpness generated at the boundary between the device isolation layer and the active region during the recess gate process. There is a purpose.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 리세스게이트 제조 방법은 기판의 소정영역에 소자분리막을 형성하는 단계; 상기 기판과 소자분리막의 표면을 동시에 오픈시키는 하드마스크패턴을 형성하는 단계; 상기 오픈된 소자분리막을 일부 식각하여 제1리세스패턴을 형성하는 단계; 상기 오픈된 기판을 일부 식각하여 제2리세스패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크패턴을 제거하는 단계; 상기 제1 및 제2리세스패턴이 형성된 기판 상에 게이트절연막을 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2리세스패턴에 일부가 매립되고 상기 기판의 표면 위로 돌출되는 형상을 갖는 게이트패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Recess gate manufacturing method of a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a device isolation film in a predetermined region of the substrate; Forming a hard mask pattern for simultaneously opening the surfaces of the substrate and the device isolation film; Partially etching the open device isolation layer to form a first recess pattern; Partially etching the open substrate to form a second recess pattern; Removing the hard mask pattern; Forming a gate insulating film on the substrate on which the first and second recess patterns are formed; And forming a gate pattern having a shape partially embedded in the first and second recess patterns and protruding above the surface of the substrate.
바람직하게, 상기 제1리세스패턴을 형성하는 단계는 상기 제2리세스패턴을 형성하는 단계보다 먼저 진행하는 것을 특징으로 한다.The forming of the first recess pattern may be performed before the forming of the second recess pattern.
바람직하게, 상기 제1리세스패턴을 형성하는 단계는 상기 기판에 대해 높은 선택비를 갖도록 하여 식각하고, 상기 제2리세스패턴을 형성하는 단계는 상기 소자 분리막에 대해 높은 선택비를 갖도록 하여 식각하는 것을 특징으로 한다.The forming of the first recess pattern may be performed by etching the substrate having a high selectivity with respect to the substrate, and the forming of the second recess pattern may be performed by having a high selectivity with respect to the device isolation layer. Characterized in that.
바람직하게, 상기 제1리세스패턴과 제2리세스패턴은 깊이와 선폭을 동일하게 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first recess pattern and the second recess pattern have the same depth and line width.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리세스게이트의 평면도로서, 실리콘기판(31)에 활성영역(31A)을 정의하는 소자분리막(35A)이 형성된다. 그리고, 활성영역(31A)과 소자분리막(35A)을 동시에 가로지르는 게이트패턴(G)이 형성되고, 게이트패턴 아래에는 채널로 작용하는 리세스패턴(R)이 형성되어 있다. 여기서, 리세스패턴(R)은 소자분리막(35A)측에 일정 깊이로 형성된 제1리세스패턴(R1)과 활성영역(31A)측에 일정 깊이로 형성된 제2리세스패턴(R2)으로 이루어지고, R1과 R2는 동일 선폭 및 동일 깊이다. 여기서, 실질적으로 채널은 제2리세스패턴(R2)에서 작용한다.3 is a plan view of a recess gate according to an exemplary embodiment of the present invention, in which a
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 리세스게이트 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다. 이하, 좌측의 공정 단면도는 도 3의 B-B'선에 따른 단면도이고, 우측의 공정단면도는 도 3의 C-C'선에 따른 단면도이다.4A through 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a recess gate of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. Hereinafter, the process cross section of the left side is sectional drawing along the line BB 'of FIG. 3, and the process cross section of the right side is sectional drawing along the line C-C' of FIG.
도 4a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(31) 상에 패드산화막(32)을 형성한 후, 패드산화막(32) 상에 패드질화막(33)을 형성한다.As shown in FIG. 4A, after the
이어서, 사진 공정 및 식각공정을 진행하여 실리콘기판(31)에 소자분리영역 이 될 트렌치(34)를 형성한다. 이러한 트렌치(34)에 의해 활성영역(31A)이 정의된다. 그리고, 트렌치(34)는 경사(Slope)를 갖는다.Subsequently, a
이어서, 측벽산화(Wall oxidation) 공정 및 라이너질화막(Liner nitridation) 공정(도면 부호 생략)을 진행한 후, 트렌치(34)를 갭필하도록 산화막(35)을 증착한다. 이때, 산화막(35)은 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma Oxide)이다.Subsequently, after performing a side wall oxidation process and a liner nitridation process (not shown), an
도 4b에 도시된 바와 같이, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용하여 산화막(35)을 평탄화한다. 이로써, 트렌치(34) 내부에는 산화막으로 된 소자분리막(35A)이 형성된다. 한편, CMP 공정시 패드질화막(33)이 연마정지막 역할을 한다. As shown in FIG. 4B, the
위와 같은 소자분리막(35A)은 경사를 갖는 트렌치(34) 내부에 매립되어 형성되므로 STI(Shallow Trench Isolation) 구조라 한다.Since the
도 4c에 도시된 바와 같이, 하드마스크패턴(36)을 형성한다. 이때, 하드마스크패턴(36)은 산화막, 질화막, 폴리실리콘막 또는 비정질카본 중에서 선택된 어느 하나이고, 감광막패턴을 이용하여 식각하여 형성한 것이다. 그리고, 하드마스크패턴(36)은 식각장벽 역할을 한다.As shown in FIG. 4C, the
위와 같은 하드마스크패턴(36)은 라인패턴으로서 실리콘기판(31)과 소자분리막(35)을 동시에 라인 형태로 오픈시킨다.The
이어서, 하드마스크패턴(36)을 식각장벽으로 하여 패드질화막(33)과 패드산화막(32)을 식각한다.Subsequently, the
이어서, 하드마스크패턴(36)을 식각장벽으로 하여 소자분리막(35A)을 식각하여 제1리세스패턴(R1)을 형성한다. 이때, 소자분리막(35A)이 산화막이므로, 실리콘기판(31)에 대해 높은 선택비를 가져 산화막만 선택적으로 식각할 수 있는 레시피를 적용한다. Subsequently, the
예를 들어, CF4 가스와 CHF3 가스를 혼합하여 식각하며, 식각공정은 TCP(Transformer Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma) 또는 MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion beam Etching) 플라즈마 소스를 이용하여 식각공정을 실시한다. 한편, CF4/CHF3의 혼합가스를 메인가스로 하고 O2 가스와 Ar 가스를 첨가하여 진행할 수도 있다. For example, a mixture of CF 4 gas and CHF 3 gas is etched, and the etching process is performed using a TCP (Transformer Coupled Plasma), ICP (Inductively Coupled Plasma) or MERIE (Magnetically Enhanced Reactive Ion beam Etching) plasma source. Is carried out. On the other hand, the mixed gas of CF 4 / CHF 3 may be used as the main gas, and O 2 gas and Ar gas may be added to proceed.
이와 같이, 리세스패턴이 형성될 지역의 소자분리막(35A)을 미리 식각하므로써, 후속 실리콘기판(31) 식각시 식각장벽 역할을 하는 산화막을 미리 제거해준다.As such, by etching the
여기서, 제1리세스패턴(R1)은 하드마스크패턴(36)을 식각장벽으로 하여 형성하므로 일정 깊이의 리세스패턴이 된다.Here, since the first recess pattern R1 is formed using the
도 4d에 도시된 바와 같이, 하드마스크패턴(36)을 식각장벽으로 하여 실리콘기판(31)을 일정 깊이 식각한다. 이때, 실리콘기판(31)의 식각시 HBr, Cl2를 사용하여 소자분리막(35A)에 대해 높은 선택비를 가져 실리콘기판(31)만 선택적으로 식각되도록 한다. 식각공정은 TCP(Transformer Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma) 또는 MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion beam Etching) 플라즈마 소스를 이용하여 식각공정을 실시한다. 실리콘기판(31)의 식각시 소자분 리막(35A)에 대해 높은 선택비를 갖도록 하므로, 제1리세스패턴(R1)의 깊이가 깊어지지 않는다.As shown in FIG. 4D, the
실리콘기판(31)의 식각 깊이는 제1리세스패턴(R1)의 깊이와 동일하게 하여, 실리콘기판(31)의 식각이 완료되면 일정 깊이의 제2리세스패턴(R2)이 라인 형태로 형성된다. 따라서, 제2리세스패턴(R2)과 제1리세스패턴(R1)은 동일 깊이 및 동일 선폭의 라인패턴이 되고, 결국 제1리세스패턴(R1)과 제2리세스패턴(R2)은 라인형태의 일체형 리세스패턴(R)이 된다.The etching depth of the
도 4e에 도시된 바와 같이, 하드마스크패턴(36)을 제거한 후, 패드질화막(33)과 패드산화막(32)을 제거한다.As shown in FIG. 4E, after the
이어서, 게이트절연막(37)을 형성한다. Subsequently, a
이어서, 게이트절연막(37) 상에 리세스패턴(R)에 일부 매립되고, 나머지는 실리콘기판(31) 상부로 돌출되는 게이트패턴(G)을 형성한다. 여기서, 게이트패턴(G)은 폴리실리콘전극(38), 메탈전극(39)과 게이트하드마스크(40)가 순차로 적층된 구조로 형성하되, 메탈전극(39)은 예컨대 텅스텐 또는 텅스텐실리사이드로 형성할 수 있다.Subsequently, a gate pattern G is partially formed in the recess pattern R on the
상술한 실시예에 따르면, 본 발명은 소자분리막(35A)을 먼저 식각한 후에 실리콘기판(31)을 식각하므로써 첨점(Horn)이 없는 리세스패턴(R)을 형성할 수 있다.According to the embodiment described above, the present invention may form the recess pattern R having no horn by etching the
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 소자분리막을 먼저 식각한 후에 실리콘기판을 식각하므로써 첨점(Horn)이 없는 리세스패턴을 형성할 수 있으며, 이로서 균일한 셀문턱전압을 유지하여 웨이퍼내 균일한 리프레시를 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, by etching the device isolation layer first, the silicon substrate is etched to form a recess-free recess pattern, thereby maintaining a uniform cell threshold voltage to ensure uniform refresh in the wafer. It has an effect.
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KR1020070031994A KR20080089031A (en) | 2007-03-30 | 2007-03-30 | Method for fabricating recess gate in semiconductor device |
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KR (1) | KR20080089031A (en) |
-
2007
- 2007-03-30 KR KR1020070031994A patent/KR20080089031A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |