KR20080103277A - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.2A to 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100: 반도체 기판 103: 게이트 절연막100
111: 하부 도전막 패턴 115: 상부 도전막 패턴111: lower conductive film pattern 115: upper conductive film pattern
117: 포토레지스트 패턴 110a: 제1 도전막 패턴117:
110b: 제2 도전막 패턴 120: 제1 폴리실리콘막 패턴110b: second conductive film pattern 120: first polysilicon film pattern
122: 제2 폴리실리콘막 패턴 130: 마스크 패턴122: second polysilicon film pattern 130: mask pattern
140: 제1 게이트 150: 제2 게이트140: first gate 150: second gate
160: 스페이서160: spacer
본 발명은 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 듀얼 게이트를 포함하는 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device including a dual gate and a method for manufacturing the same.
최근 반도체 소자의 고성능화, 고속화 등의 경향에 따라서, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터를 동시에 포함하는 반도체 소자의 경우에도 각각의 형태에 대한 트랜지스터의 성능을 최적화시키고자 하는 시도가 이루어지고 있다.In recent years, according to trends such as high performance and high speed of semiconductor devices, attempts have been made to optimize the performance of transistors for each type even in the case of semiconductor devices including NMOS transistors and PMOS transistors simultaneously.
이러한 시도로서, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터의 게이트의 구조를 변경하거나 혹은 게이트 절연막을 실리콘 산화막 보다 높은 유전율을 갖는 고유전율막(high-k dielectric layer)을 사용하는 등의 기술적 진보가 이루어지고 있다.In this attempt, technological advances have been made such as changing the structure of the gates of NMOS transistors and PMOS transistors, or using a high-k dielectric layer having a higher dielectric constant than the silicon oxide film.
예를 들면, 폴리실리콘막을 이용한 게이트에 있어서, 게이트 공핍현상을 개선하기 위하여, MIPS(metal-inserted polysilicon) 구조를 갖는 게이트가 적용되고 있다. 그러나, 이러한 MIPS 구조가 적용된 게이트의 경우, NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터에 적절한 일함수를 갖는 각각의 다른 금속을 적용하기 위한 공정에 어려움이 있다. For example, in a gate using a polysilicon film, a gate having a metal-inserted polysilicon (MIPS) structure is applied to improve the gate depletion phenomenon. However, in the case of a gate to which such a MIPS structure is applied, there is a difficulty in applying a different metal having an appropriate work function to an NMOS transistor and a PMOS transistor.
또한, 폴리실리콘막을 이용한 게이트에 있어서, 게이트 절연막으로 고유전 물질막이 형성될 경우, 게이트와 게이트 절연막의 반응으로 인해 문턱전압이 상승할 수 있으며, 게이트 절연막의 두께가 줄어들면서 게이트에 도핑된 불순물들이 예를 들어, 보론이 게이트 절연막을 투과하여 채널영역으로 확산됨으로써 반도체 소자의 특성이 열화될 수 있다.In the gate using the polysilicon film, when the high dielectric material film is formed as the gate insulating film, the threshold voltage may increase due to the reaction between the gate and the gate insulating film, and the impurities doped in the gate may be reduced as the thickness of the gate insulating film decreases. For example, the boron may penetrate the gate insulating layer and diffuse into the channel region, thereby deteriorating characteristics of the semiconductor device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 게이트 공핍현상을 개선하는 반도체 소자를 제공하고자 하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor device that improves the gate depletion phenomenon.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a semiconductor device.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상의 상기 제1 및 제2 영역에 형성된 게이트 절연막과, 상기 제1 영역의 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 제1 도전막 패턴 및 상기 제1 도전막 패턴 위에 형성된 제1 폴리실리콘막 패턴을 포함하는 제1 게이트와, 상기 제2 영역의 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 상기 제1 도전막 패턴보다 두꺼운 제2 도전막 패턴 및 상기 제2 도전막 패턴 위에 형성된 제2 폴리실리콘막 패턴을 포함하는 제2 게이트를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a semiconductor substrate including a first region and a second region, a gate insulating layer formed in the first and second regions on the semiconductor substrate, A first gate formed on the gate insulating film in a first region, the first gate including a first conductive film pattern and a first polysilicon film pattern formed on the first conductive film pattern, and on the gate insulating film in the second region And a second gate including a second conductive film pattern thicker than the first conductive film pattern and a second polysilicon film pattern formed on the second conductive film pattern.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 반도체 기판 상의 상기 제1 및 제2 영역에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 하부 도전막 및 상부 도전막을 순차적으로 형성하고, 상기 제1 영역의 상기 상부 도전막을 선택적으로 제거하고, 상기 제1 영역의 상기 하부 도전막을 노출하고, 상기 결과물의 전면에 폴리실리콘막을 형성하고, 패터닝 공정을 수행하여 상기 제1 영역에 제1 도전막 패턴 및 상기 제1 도전막 패턴 위에 형성된 제1 폴리실리콘막 패턴을 포함하는 제1 게이트를, 상기 제2 영역에 상기 제1 도전막 패턴보다 두꺼운 제2 도전막 패턴 및 상기 제2 도전막 패턴 위에 형성된 제2 폴리실리콘막 패턴을 포함하는 제2 게이트를 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a gate insulating film is formed in the first and second regions on a semiconductor substrate including a first region and a second region, and the gate A lower conductive film and an upper conductive film are sequentially formed on the insulating film, the upper conductive film of the first region is selectively removed, the lower conductive film of the first region is exposed, and a polysilicon film is formed on the entire surface of the resultant. By performing a patterning process, a first gate including a first conductive layer pattern in the first region and a first polysilicon layer pattern formed on the first conductive layer pattern, and the first conductive layer in the second region Forming a second gate including a second conductive film pattern thicker than the pattern and a second polysilicon film pattern formed on the second conductive film pattern. All.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자에 대하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 반도체 기판(100), 게이트 절연막(103)과 제1 및 제2 게이트(140, 150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device according to an exemplary embodiment includes a
반도체 기판(100)은 제1 영역과 제2 영역을 포함한다. 제1 및 제2 영역은 후술하는 것처럼, 반도체 기판(100) 위에 형성되는 게이트의 종류에 따라 구분될 수 있다. 즉, 반도체 기판(100)은 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 제1 게이트(140)가 형성되는 제1 영역 및 제2 게이트(150)가 형성되는 제2 영역으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 영역은 NMOS 영역, 제2 영역은 PMOS 영역일 수 있다.The
반도체 기판(100)으로는 Si, Ge, SiGe, GaP, GaAs, SiC, SiGeC, InAs 및 InP로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 반도체 재료로 이루어진 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판 등이 사용될 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다.As the
이러한 반도체 기판(100) 상의 제1 및 제2 영역에 게이트 절연막(103)이 형성되어 있다. 여기서, 게이트 절연막(103)은 예를 들어 실리콘 산화막이나 고유전율막 등을 사용할 수 있다. 고유전율막이라 함은 실리콘 산화막보다 유전율이 큰 물질로 이루어진 막을 의미하며, 예를 들어, 유전상수가 10 이상인 물질로 이루어진 막일 수 있다. 이러한 고유전율막으로는 예를 들면 Hf, Zr, Al, Ti, La, Y, Gd, Ta 등과 같은 금속을 적어도 하나 포함하는 산화막, 알루미네이트막 또는 실리케이트막 등이 적용될 수 있다.
또한, 게이트 절연막(103)의 두께는 약 10 내지 60Å 정도일 수 있는데, 이러한 게이트 절연막(103)의 종류나 두께는 본 발명의 목적 범위 내에서 조절이 가능함은 물론이다.In addition, the thickness of the
이러한 제1 영역과 제2 영역의 게이트 절연막(103) 상에는 각각 제1 게이트(140) 및 제2 게이트(150)가 형성되어 있다.The
제1 게이트(140)는 제1 영역의 게이트 절연막(103) 상에 형성되어 있다. 제1 게이트(140)는 제1 도전막 패턴(110a) 및 제1 폴리실리콘막 패턴(120)이 적층되어 있다.The
여기서, 제1 도전막 패턴(110a)은 예를 들어, TaN, WN, TiN, Ta, W, Ti, Ru, HfN, HfSiN, TiSiN, TaSiN, HfAlN, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 금속 물질로 형성될 수 있다. 이러한 제1 도전막 패턴(110a)의 두께는 약 1 내지 30 Å 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the first
제1 도전막 패턴(110a) 상에는 제1 폴리실리콘막 패턴(120)이 위치한다. 제1 폴리실리콘막 패턴(120)은 제1 게이트(140)의 적절한 일함수인 약 4.0 내지 약 4.5eV를 가질 수 있다. 이러한, 제1 폴리실리콘막 패턴(120)은 N+ 형 불순물, 예를 들어, 인(P), 비소(As) 등이 도핑된 폴리실리콘막으로 이루어질 수 있다. 제1 폴리실리콘막 패턴(120)의 상부에는 마스크 패턴(130)이 더 형성될 수 있다.The first
한편, 제2 게이트(150)는 제2 영역의 게이트 절연막(103) 상에 형성되어 있다. 제2 게이트(150)는 제2 도전막 패턴(110b) 및 제2 폴리실리콘막 패턴(122)이 적층되어 있다. On the other hand, the
여기서, 제2 도전막 패턴(110b)은 전술한 제1 도전막 패턴(110a)보다 두껍게 형성되어 있다. 제2 도전막 패턴(110b)의 두께는 예를 들어, 약 1 내지 230 Å 정도로 이루어진다. 이러한, 제2 도전막 패턴(110b)은 하부 도전막 패턴(111)과 그 위에 상부 도전막 패턴(115)을 포함할 수 있다. Here, the second
하부 도전막 패턴(111)은 상술한 제1 도전막 패턴(110a)과 같은 물질 및 같은 두께로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 영역에 위치한 제1 도전막 패턴(110a) 및 제2 영역에 위치한 하부 도전막 패턴(111)을 같이 형성할 수 있으므로, 공정상 용이할 수 있다.The lower
상부 도전막 패턴(115)은 제2 게이트(150)의 적절한 일함수인 약 4.8 내지 5.5eV를 가질 수 있다. 상부 도전막 패턴(115)은 제2 게이트(150)가 적합한 일함수를 갖기 위해서 약 1 내지 200 Å 정도로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The upper
이러한 하부 도전막 패턴(111)과 상부 도전막 패턴(115)은 제1 도전막 패턴(110a)과 마찬가지의 재질로 형성될 수 있다. 나아가, 제1 도전막 패턴(110a), 하부 도전막 패턴(111) 및 상부 도전막 패턴(115)은 동일한 금속 물질로 형성될 수 있다. 이 때, 하부 및 상부 도전막 패턴(111, 115)은 후술하는 하부 및 상부 도전막(111', 115')의 형성 방법을 제어함으로써, 물질의 조성비 등이 다른 각 막을 형성하고, 상부 도전막(115')에 대한 식각률이 하부 도전막(111')에 대한 식각률보다 높은 식각에천트를 사용하여 식각함으로써 형성될 수 있다. The lower
제2 도전막 패턴(110b) 상에는 제2 폴리실리콘막 패턴(122)이 위치하는데, 이러한 제2 폴리실리콘막 패턴(122)은 전술한 제1 폴리실리콘막 패턴(120)과 동일한 물질 또는 P+ 형 불순물, 예를 들어, 보론(B) 등이 도핑된 폴리실리콘막으로 이루어질 수 있다. The second
각각의 게이트(140,150)의 측벽에는 스페이서(160)가 형성될 수 있으며, 각각의 게이트(140,150)와 인접한 반도체 기판 내에는 소스 및 드레인 영역(171, 173)이 위치한다.
이렇듯, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 및 제2 폴리실리콘 게이트(140, 150)의 하단부에 제1 또는 제2 도전막 패턴(110a, 110b)을 포함함으로 써 폴리실리콘만을 이용한 게이트의 하단부에서 발생할 수 있는 캐리어 공핍현상을 방지할 수 있다. 따라서, 게이트 절연막의 전기적 두께가 증가하는 것을 제어함에 따라 게이트 공핍현상을 개선할 수 있다. 또한, 제1 영역에 위치한 제1 폴리실리콘막 패턴(120)과 제2 영역에 위치한 상부 도전막 패턴(115)이 일함수를 조절함으로써 반도체 소자는 각각 일함수가 최적화된 듀얼 게이트를 구비함에 따라 반도체 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다. As such, the semiconductor device according to the exemplary embodiment includes only the polysilicon by including the first or second
또한, 폴리실리콘으로 형성된 게이트에서, 게이트 절연막으로 고유전 물질막, 예를 들어 HfSiON 물질을 사용할 경우, 게이트 절연막과 게이트 절연막 상에 맞닿아 형성된 폴리실리콘 게이트와의 반응으로 인해 문턱전압이 상승할 수 있다. 뿐만 아니라, 게이트 절연막의 두께가 줄어들면서 게이트에 도핑된 불순물들이 예를 들어, 보론이 게이트 절연막을 투과하여 채널영역으로 확산됨으로써 반도체 소자의 특성이 열화되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 폴리 실리콘 게이트의 하단부에 제1 또는 제2 도전막 패턴(110a, 110b)을 포함함으로써 이러한 문제를 원천적으로 봉쇄할 수 있는 효과가 있다. Also, in a gate formed of polysilicon, when a high dielectric material film such as HfSiON material is used as the gate insulating film, the threshold voltage may increase due to the reaction between the gate insulating film and the polysilicon gate formed on the gate insulating film. have. In addition, as the thickness of the gate insulating layer decreases, impurities doped in the gate, for example, may cause a problem that the characteristics of the semiconductor device deteriorate as boron diffuses through the gate insulating layer to the channel region. However, the inclusion of the first or second
이하, 계속해서 도 1을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 도전막 패턴(110a)이 반도체 기판(100)의 제1 영역에, 제2 도전막 패턴(110b)이 반도체 기판(100)의 제2 영역에 형성되어 있고, 제2 도전막 패턴(110b)이 두 가지 이상의 물질을 포함하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 그 설명은 생 략한다.Referring to FIG. 1, in the semiconductor device according to another exemplary embodiment, the first
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제2 도전막 패턴(110b)은 하부 도전막 패턴(111)과 그 위에 상부 도전막 패턴(115)을 포함한다. 여기서, 하부 도전막 패턴(111)과 상부 도전막 패턴(115)은 같은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하부 도전막 패턴(111)과 상부 도전막 패턴(115)은 금속 물질로 형성된다. 그러나, 하부 도전막 패턴(111)과 상부 도전막 패턴(115)은 식각에천트에 대하여 다른 식각 선택비를 갖는 다른 금속 물질로 이루어질 수 있다. 이는 후술할 반도체 제조 방법에서 상부 도전막 패턴(115)을 선택적으로 식각하는데 유용할 수 있다.The second
상술한 구조의 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 및 제2 폴리실리콘 게이트(140, 150)의 하단부에 제1 또는 제2 도전막 패턴(110a, 110b)을 포함함으로써 본 발명의 일 실시예와 같은 효과, 즉 게이트 공핍현상을 개선할 수 있으며, 각각 일함수가 최적화된 듀얼 게이트를 구비함에 따라 반도체 소자의 특성이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 제2 도전막 패턴(110b)의 하부 및 상부 도전막 패턴(111, 115)의 형성 시 각각의 형성 방법에 제한되지 않는다.According to another exemplary embodiment of the inventive concept, the semiconductor device may include first or second
이하에서는 전술한 반도체 소자들을 제조하는 방법을 예시적으로 설명한다. 이하 제조 방법 설명시 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 형성될 수 있는 공정에 대해서는 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 개략적으로 설명한다. 또한, 앞서 반도체 소자에서 설명한 것과 실질적으로 동일하게 적용될 수 있는 구조, 재질 등에 대한 설명은 중복을 피하기 위해서 이하에서는 그 설명을 생략하거나 간략하게 하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the aforementioned semiconductor devices will be described. In the following description of the manufacturing method, a process that can be formed according to process steps well known to those skilled in the art will be briefly described in order to avoid obscuring the present invention. In addition, descriptions of structures, materials, and the like that may be applied in substantially the same manner as described above will be omitted or briefly described below in order to avoid duplication.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 반도체 소자를 제조하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.2A through 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1.
도 2a를 참조하면, 먼저, 반도체 기판(100) 상의 제1 및 제2 영역에 게이트 절연막(103)을 형성한다. Referring to FIG. 2A, first, a
이러한 게이트 절연막(103)은 반도체 기판(100)을 열산화하거나 게이트 절연막 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. The
그런 다음, 도 2b에 도시된 바와같이, 하부 도전막(111') 및 상부 도전막(115')을 게이트 절연막(103)이 형성된 반도체 기판(100) 전면에 형성한다.Then, as shown in FIG. 2B, the lower
하부 도전막(111') 및 상부 도전막(115')은 같은 재질의 물질로 이루어질 수 있다. 나아가, 하부 도전막(111')과 상부 도전막(115')이 동일한 금속 물질로 형성될 수 있으나, 이 때에는 각 막의 형성 방법이 다를 수 있다. 예를 들면, 순차적 가스 공급 증착(Sequential Flow Deposition; SFD)의 방법으로 하부 도전막(111')을 형성하고, 그 위에 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic CVD; MOCVD)의 방법으로 상부 도전막(115')을 형성할 수 있다.The lower
이는 하부 도전막(111')과 상부 도전막(115')의 형성 방법을 제어함으로써 식각에천트에 대하여 다른 시각 선택비를 갖도록 조절하여 후속 공정에서 제1 영역에서의 상부 도전막(115')을 선택적으로 제거하고 하부 도전막(111')만을 남길 수 있다. This is controlled to have different viewing selectivity with respect to the etching etchant by controlling the method of forming the lower conductive film 111 'and the upper conductive film 115' so that the upper conductive film 115 'in the first region in the subsequent process. May be selectively removed to leave only the lower
여기서, 도면에는 도시하지 않았으나, 선택적으로 상부 도전막(115') 상에 하드 마스크막이 형성될 수 있다. 하드 마스크막은 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)의해 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.Although not shown in the drawings, a hard mask layer may be selectively formed on the upper
하드 마스크막으로 사용될 수 있는 물질은 상부 도전막(115')에 대하여 식각 선택비가 있는 물질로서, 예를 들면, SiO2, SiN, SiON, 또는 Si일 수 있다.A material that can be used as the hard mask layer is a material having an etching selectivity with respect to the upper
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴(117)을 제2 영역의 상부 도전막(115') 상에 형성한다. 이러한 포토레지스트 패턴(117)은 통상적인 방법에 의해 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2C, a
그런 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제1 영역에 형성된 상부 도전막(115')을 선택적으로 제거한다. 이로써, 제1 영역에는 하부 도전막(111')만으로 형성된 제1 도전막(110'a)이 잔류하게 되며, 제2 영역에는 하부 도전막(111') 및 상부 도전막(115')으로 형성된 제2 도전막(110'b)이 유지될 수 있다. 만약 제1 영역을 노출시키는 하드 마스크가 형성되었다면, 이를 식각 마스크로 이용하여 제1 영역의 형성된 상부 도전막을 선택적으로 제거할 수 있다. Then, as illustrated in FIG. 2D, the upper
이러한 제1 영역에서의 상부 도전막(115')의 선택적인 제거는 전술한 바와 같이 하부 도전막(110'), 상부 도전막(115')의 형성 방법에 따라 식각에천트에 대한 식각 선택비를 조절함으로써 이루어질 수 있다. The selective removal of the upper
구체적으로 설명하면, 하부 도전막(111')과 상부 도전막(115')이 동일한 물질로 형성하더라도, 각 막의 형성 방법을 제어하면 상부 도전막(115')의 식각에천트에 대한 식각 선택비가 하부 도전막(110')에 비해 높게 형성되도록 조절할 수 있다. 따라서, 상부 도전막(115')은 선택적으로 제거하되, 하부 도전막(111')은 잔류시킬 수 있다. 이때, 상기 식각에천트는, 포토레지스트 패턴(117)을 식각하지 않거 나, 상부 도전막(115')의 제거까지 포토레지스트 패턴(117)을 잔류시킬 수 있도록 낮은 식각 선택비를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 그러나, 하드 마스크막 패턴을 식각 마스크로 이용하는 경우에는, 적용되는 식각에천트는 하드 마스크막 패턴에 대한 식각 선택비만 고려될 뿐, 포토레지스트 패턴(117)에 대한 식각 선택비는 고려대상에서 제외될 수 있다. 구체적인 적용예는, 하부 도전막(111')과 상부 도전막(115')이 모두 TiN로 형성될 때, 하부 도전막(111')은 SFD 방법으로 형성되고, 상부 도전막(115')은 MOCVD 방법으로 형성되며, 사용된 식각에천트가 NH4OH, H2O2, HO2이 약 1:4:20 비율로 혼합된 SC1 용액인 것을 포함한다.Specifically, even if the lower conductive layer 111 'and the upper conductive layer 115' are formed of the same material, the etching selectivity of the upper conductive layer 115 'with respect to the etching etchant is controlled by controlling the formation method of each layer. It may be adjusted to be formed higher than the lower conductive layer 110 ′. Accordingly, the upper
또한, 이러한 식각 공정에 있어서, 제1 영역의 게이트 절연막(103)을 노출시키지 않으므로, 게이트 절연막(103)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.In this etching process, since the
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(117)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 2E, the
이때, 하드 마스크막 패턴을 형성한 경우에는, 하드 마스크막 패턴도 함께 제거한다.At this time, when the hard mask film pattern is formed, the hard mask film pattern is also removed.
다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이 폴리실리콘막(120')을 반도체 기판의 전면에 형성한다. 그런 다음, 게이트를 패터닝하기 위한 마스크 패턴(130)을 폴리실리콘막(120')상에 더 형성할 수 있다. Next, as shown in FIG. 2F, a
그런 다음, 도 2g에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(130)을 식각 마스크로 하여 패터닝함으로써 제1 게이트(140) 및 제2 게이트(150)를 형성할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 게이트(140)에는 제1 도전막 패턴(110a)과 제1 폴리실리 콘막 패턴(120)이 적층되어 구비되며, 제2 게이트(150)에는 제2 도전막 패턴(110b)과 제2 폴리실리콘막 패턴(122)이 적층되어 구비된다. 여기서, 제2 게이트(150)의 제2 폴리실리콘막 패턴(122)은 N+ 형 또는 P+ 형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 모두 형성될 수 있으므로, N+ 형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 제1 게이트(140)의 제1 폴리실리콘막 패턴(120)을 형성할 때 함께 형성될 수 있다. 따라서, N+ 형 및 P+ 형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막을 각각 형성해야하는 듀얼 게이트의 반도체의 소자에 비해 공정상 용이할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2G, the
이러한 패터닝 공정은 통상적인 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정에 의하여 폴리실리콘막(120'), 상부 도전막(115') 및 하부 도전막(111')을 순차적으로 제거함으로써 이루어질 수 있다.The patterning process may be performed by sequentially removing the polysilicon layer 120 ', the upper conductive layer 115', and the lower conductive layer 111 'by a conventional dry etching process or a wet etching process.
이후, 반도체 소자의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 소스 및 드레인 영역을 형성하여 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터를 완성하는 단계, 스페이서를 형성하는 단계 등을 더 수행하여 도 1에 도시된 반도체 소자를 형성할 수 있다.Thereafter, according to the process steps well known to those skilled in the art of semiconductor devices, forming the source and drain regions to complete the PMOS transistor and the NMOS transistor, forming a spacer, and the like. The semiconductor device shown in FIG. 1 can be formed.
또한, 후속 공정으로서 각각의 트랜지스터에 전기적 신호의 입출력이 가능하도록 하는 배선들을 형성하는 단계, 기판상에 패시베이션층을 형성하는 단계 및 상기 기판을 패키지하는 단계를 더 수행하여 반도체 소자를 완성할 수 있다. 이와 같은 후속단계들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 그 설명을 생략한다.In addition, as a subsequent step, the semiconductor device may be completed by forming wirings to enable input and output of electrical signals to each transistor, forming a passivation layer on the substrate, and packaging the substrate. . These subsequent steps omit the description in order to avoid obscuring the present invention.
이하, 계속해서 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2G.
도 2a 내지 도 2g를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 제조하는 방법은 제2 영역에 두 가지 이상의 물질을 포함하는 제2 도전막을 형성하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 반도체 소자를 제조하는 방법과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.2A to 2G, a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention is performed except that a second conductive film including two or more materials is formed in a second region. Since it is the same as the method of manufacturing the semiconductor element of FIG. 1 which concerns on the example, the description is abbreviate | omitted.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 제조하는 방법은 게이트 절연막이 형성된 반도체 기판(100)에 하부 도전막(111') 및 상부 도전막(115')을 형성함에 있어서, 각각 다른 금속 물질로 형성할 수 있다. 이것은, 상부 도전막(115')의 식각에천트에 대한 식각 선택비가 하부 도전막(111')에 비해 더 높은 물질을 사용함으로써, 각 막의 형성 방법을 제어하지 않고도 상부 도전막(115')은 선택적으로 제거할 수 있되, 하부 도전막(111')은 잔류시킬 수 있는 용이한 점이 있다. 구체적인 적용예는, 하부 도전막(111')이 HfSiON이고, 상부 도전막(115')이 HfCN이며, 사용된 식각에천트가 약 500:1 비율로 희석된 HF 용액인 것을 포함한다. A method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention is to form a lower
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자는 제1 영역과 제2 영역 상에 위치한 게이트의 하단부에 제1 및 제2 도전막 패턴을 구비함으로써, 게이트 공핍현상을 개선할 수 있다. 뿐만 아니라, 일함수를 최적화함으로써 전기적 특성이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 의하면 게이트 절연막을 손상시키지 않으면서도 서로 다른 구조를 갖는 듀얼 게이트를 구비한 반도체 소자를 구현할 수 있다.As described above, the semiconductor device according to the present invention may improve the gate depletion phenomenon by providing the first and second conductive layer patterns on the lower ends of the gates positioned on the first region and the second region. In addition, electrical properties can be improved by optimizing the work function. In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to implement a semiconductor device having dual gates having different structures without damaging the gate insulating film.
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KR1020070050371A KR20080103277A (en) | 2007-05-23 | 2007-05-23 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
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US10068904B2 (en) | 2016-02-05 | 2018-09-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
-
2007
- 2007-05-23 KR KR1020070050371A patent/KR20080103277A/en not_active Application Discontinuation
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