KR20090032879A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1i는 본 발명에 따른 반도체 소자 형성 방법을 나타낸 단면도들이다.1A to 1I are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
12: 활성영역12: active area
13. 성장층13. Growth layer
14: 소자 분리막14: device separator
16: 감광막 패턴16: photoresist pattern
18: 질화막 패턴18: nitride film pattern
20: 리세스 영역20: recessed area
22: 게이트 전극 물질22: gate electrode material
24: 게이트 도전층 물질24: gate conductive layer material
26: 게이트 하드 마스크 물질26: gate hard mask material
28: 게이트 패턴28: gate pattern
30: 게이트 스페이서30: gate spacer
본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소자 분리막을 형성한 후 활성영역을 성장시켜 소자 분리막과 단차를 형성하기 때문에, 패싱 게이트(Passing Gate)와 동작 게이트 사이에 단차가 발생하여 패싱 게이트 효과(Passing Gate Effect) 및 이웃 게이트 효과(Neighbor Gate Effect)를 줄이고, 저장 전극의 랜딩 플러그와 패싱 게이트가 격리되는 구조를 갖기 때문에, 패싱 게이트와 랜딩 플러그 콘택 사이의 SAC(Self Align Contact) 패일을 방지할 수 있는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly, a step is generated between a passing gate and an operation gate because a step is formed between the passivation gate and the operation gate after the device isolation layer is formed to grow an active region. Self Align Contact (SAC) between the passing gate and the landing plug contact because it reduces the Passing Gate Effect and the Neighbor Gate Effect and separates the landing plug from the storage electrode and the passing gate. The present invention relates to a method for forming a semiconductor device capable of preventing a fail.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 게이트의 선폭(Critical Dimension; CD)이 좁아지면서 채널 길이가 감소하여 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)의 전기적 특성이 저하되는 단 채널 효과(Short Channel Effect; SCE)가 발생하였다. As the semiconductor device becomes more integrated, the short channel effect (SCE) is reduced, which decreases the channel length as the gate's critical dimension (CD) decreases and thus decreases the electrical characteristics of the field effect transistor (FET). Occurred.
이를 극복하기 위하여 리세스 게이트(Recessed Gate), 핀 형 게이트(Fin Type Gate) 및 새들 형 게이트(Saddle Type Gate)와 같은 McFET(Multi-channel FET)를 사용하게 되었다. In order to overcome this problem, multi-channel FETs (MFETs) such as recessed gates, fin type gates and saddle type gates have been used.
여기서, 리세스 게이트(Recessed Gate)는 게이트 예정 영역의 반도체 기판을 소정 깊이 식각함으로써 채널 길이를 증가시키는 게이트 구조이다.Here, the recessed gate is a gate structure that increases a channel length by etching a semiconductor substrate in a gate predetermined area by a predetermined depth.
한편, 핀 형 게이트(Fin Type Gate)는 활성영역을 핀 형으로 형성하여 활성영역과 게이트 사이의 접촉면적을 증가시켜 게이트의 구동 능력을 증가시키고 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 게이트 구조이다.On the other hand, the fin type gate (Fin Type Gate) is a gate structure that can form an active region in the form of a fin to increase the contact area between the active region and the gate to increase the driving ability of the gate and improve the electrical characteristics.
또한, 새들 형 게이트(Saddle Type Gate)는 소자분리막의 게이트 예정영역을 식각하여 핀 형 활성영역을 형성하고, 활성영역의 게이트 예정영역을 식각하여 리세스 영역을 형성하여 새들 형 게이트 구조가 완성된다.In addition, the saddle type gate forms a fin type active region by etching the gate predetermined region of the device isolation layer, and forms a recessed region by etching the gate predetermined region of the active region to complete the saddle type gate structure. .
여기서, 새들 형 게이트는 동작 전압이 증가하는 이점이 있지만 기생 캐패시터(Parasitic Capacitor)가 발생하는 문제점이 있다. Here, the saddle-type gate has the advantage that the operating voltage increases, but there is a problem that the parasitic capacitor (Parasitic Capacitor) occurs.
한편, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 활성영역 및 소자 분리막을 형성하는 공정마진이 감소하게 되었다. On the other hand, as semiconductor devices are highly integrated, process margins for forming active regions and device isolation layers are reduced.
따라서, 활성영역을 정의하는 소자 분리막 사이의 간격이 감소하기 때문에, 기생 전계 효과(Parasitic Field Effect)인 이웃 게이트 효과(Neighbor Gate Effect) 및 패싱 게이트 효과(Passing Gate Effect)에 의해 셀 트랜지스터의 특성이 열화되는 문제점이 발생하였다. 여기서, 기생 전계 효과(Parasitic Field Effect) 중의 하나인 패싱 게이트 효과(Passing Gate Effect)는 전자가 소스에서 채널로 진입하는데 있어서 장벽(Barrier)으로 작용하는 소스 접합 영역(Source Junction)과 채널(Channel) 부근의 전위(Potential) 차이가 이웃 게이트 및 패싱 게이트에 바이어스(Bias)가 걸려 그 주위의 전위(Electric Potential)를 증가시키기 때문에 채널과 소스 접합 영역 사이의 전위(Electric Potential) 차이를 감소시켜 소스에서 채널로의 전자 유입이 용이하게 되어 셀 트랜지스터의 문턱전압(Cell Transistor Threshold)이 감소하는 현상을 말한다. 한편, 이웃 게이트 효과(Neighbor Gate Effect)는 동작 리세스 게이트와 이웃 리세스 게이트 사이의 거리(Spacing)가 감소하여 수직 채널 전위(Vertical Channel Potential)가 증가하여 셀 트랜지스터의 문턱전압이 감소하는 현상을 말한다.Therefore, since the distance between the device isolation layers defining the active region is reduced, the characteristics of the cell transistors are affected by the neighboring gate effect and the passing gate effect, which are parasitic field effects. There was a problem of deterioration. Here, the Passing Gate Effect, one of the Parasitic Field Effects, is a source junction and a channel that act as a barrier for electrons to enter a channel from a source. Since the potential difference in the vicinity biases the neighboring and passing gates and increases the electric potential around it, it reduces the electric potential difference between the channel and the source junction region, It is a phenomenon in which the cell transistor threshold is reduced due to the easy inflow of electrons into the channel. Meanwhile, the neighbor gate effect is a phenomenon in which the threshold voltage of the cell transistor is decreased by increasing the vertical channel potential by decreasing the spacing between the operation recess gate and the neighboring recess gate. Say.
본 발명은 소자 분리막을 형성한 후 활성영역을 성장시켜 소자 분리막과 단차를 형성하기 때문에, 패싱 게이트(Passing Gate)와 동작 게이트 사이에 단차가 발생하여 패싱 게이트 효과(Passing Gate Effect) 및 이웃 게이트 효과(Neighbor Gate Effect)를 줄일 수 있는 반도체 소자 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, since a stepped portion is formed between the passivating gate and the operation gate because the active region is grown after the device isolation layer is formed to form a step, the passing gate effect and the neighboring gate effect are generated. It is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor device that can reduce a (Neighbor Gate Effect).
또한, 본 발명은 소자 분리막을 형성한 후 활성영역을 성장시켜 소자 분리막과 단차를 형성하기 때문에, 저장 전극의 랜딩 플러그와 패싱 게이트가 격리되는 구조를 갖아 패싱 게이트와 랜딩 플러그 콘택 사이의 SAC(Self Align Contact) 패일을 방지할 수 있는 반도체 소자 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, in the present invention, since the active region is grown after the device isolation layer is formed to form a step with the device isolation layer, the landing plug and the passing gate of the storage electrode are separated from each other. Align Contact) It is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor device capable of preventing a fail.
본 발명에 따른 반도체 소자 형성 방법은 The method of forming a semiconductor device according to the present invention
활성영역을 정의하는 소자 분리막을 형성하는 단계;Forming an isolation layer defining an active region;
상기 활성영역을 노출하는 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a hard mask pattern exposing the active region;
상기 하드 마스크 패턴을 장벽으로 상기 활성영역에 SEG(Self Epitaxial Growth)를 수행하여 활성영역의 성장층을 형성하는 단계;Forming a growth layer of an active region by performing a self epitaxial growth (SEG) on the active region using the hard mask pattern as a barrier;
상기 성장층을 포함하는 활성영역을 식각하여 게이트 리세스 영역을 형성하는 단계; 및Etching the active region including the growth layer to form a gate recess region; And
게이트 마스크를 이용하여 게이트 예정영역에 게이트를 형성하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 한다.And forming a gate in the gate predetermined region using the gate mask.
또한, 본 발명에 따른 반도체 소자 형성 방법은 In addition, the method of forming a semiconductor device according to the present invention
상기 소자 분리막은 STI(Shallow Trench Isolation) 방법으로 형성하고,The isolation layer is formed by a shallow trench isolation (STI) method,
상기 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계는 Forming the hard mask pattern is
전체 표면 상부에 상기 하드 마스크 물질층을 증착하는 단계;Depositing the hard mask material layer over the entire surface;
상기 하드 마스크 물질층 상부에 감광막을 도포하는 단계;Applying a photoresist film on the hard mask material layer;
상기 감광막에 대해 노광 및 현상 공정을 통해 상기 활성영역을 노출하는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a photoresist pattern on the photoresist to expose the active region through an exposure and development process; And
상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드 마스크 물질층을 식각하는 단계를 포함하고, Etching the hard mask material layer by using the photoresist pattern as an etching mask;
상기 하드 마스크 물질층은 질화막으로 형성하고,The hard mask material layer is formed of a nitride film,
BOE(Buffer Oxide Etchant) 용액, H3PO4 및 이들의 조합 중 선택된 하나를 이용하여 상기 하드 마스크 물질층을 제거하는 단계를 더 포함하고,Removing the hard mask material layer using a selected one of a buffer oxide etchant (BOE) solution, H 3 PO 4, and a combination thereof;
상기 BOE 용액은 BOE와 탈이온 순수(De-Ionized Water; DIW)가 300:1의 비율로 구성된 화학 용액이고, The BOE solution is a chemical solution consisting of BOE and De-Ionized Water (DIW) in a ratio of 300: 1,
상기 활성영역의 성장층은 상기 활성영역의 길이방향의 경계(edge)로부터 100Å~400Å만큼 작고,The growth layer of the active region is as small as 100 ~ 400 ~ from the longitudinal edge of the active region,
상기 활성영역의 성장층은 1000Å~2000Å 두께로 형성하고,The growth layer of the active region is formed to 1000 ~ 2000Å thickness,
상기 게이트를 형성하는 단계는Forming the gate
전면 상부에 게이트 전극 물질층, 게이트 도전 물질층 및 게이트 하드 마스 크 물질층을 순차적으로 증착하는 단계; 및Sequentially depositing a gate electrode material layer, a gate conductive material layer, and a gate hard mask material layer over the front surface; And
상기 게이트 마스크를 이용하여 상기 게이트 하드 마스크 물질층, 상기 게이트 도전 물질층 및 상기 게이트 전극 물질층을 순차적으로 식각하는 단계를 포함하고,Sequentially etching the gate hard mask material layer, the gate conductive material layer, and the gate electrode material layer using the gate mask;
상기 게이트 하드 마스크 물질층을 평탄화하는 단계를 더 포함하고,Planarizing the gate hard mask material layer;
상기 게이트를 형성하는 단계는 상기 게이트 측벽에 게이트 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the gate may further include forming a gate spacer on the gate sidewall.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the spirit of the present invention is thoroughly and completely disclosed, and the spirit of the present invention to those skilled in the art will be fully delivered. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification.
본 발명은 소자 분리막을 형성한 후 활성영역을 성장시켜 소자 분리막과 단차를 형성하기 때문에, 패싱 게이트(Passing Gate)와 동작 게이트 사이에 단차가 발생하여 패싱 게이트 효과(Passing Gate Effect) 및 이웃 게이트 효과(Neighbor Gate Effect)를 줄이고, 저장 전극의 랜딩 플러그와 패싱 게이트가 격리되는 구조를 갖기 때문에, 패싱 게이트와 랜딩 플러그 콘택 사이의 SAC(Self Align Contact) 패일을 방지할 수 있는 기술을 개시한다.In the present invention, since a stepped portion is formed between the passivating gate and the operation gate because the active region is grown after the device isolation layer is formed to form a step, the passing gate effect and the neighboring gate effect are generated. Since a (Neighbor Gate Effect) is reduced and the landing plug and the passing gate of the storage electrode are isolated, a technique capable of preventing a self alignment contact (SAC) failure between the passing gate and the landing plug contact is disclosed.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명에 따른 반도체 소자 형성 방법을 나타낸 단면도 들이다. 여기서, 도 1a 내지 도 1i는 게이트의 길이 방향에 대해 수직으로 절단한 단면도들이다.1A to 1I are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention. 1A to 1I are cross-sectional views cut perpendicular to the longitudinal direction of the gate.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판 내에 활성영역(12)을 정의하는 소자 분리막(14)을 형성한다. 여기서, 소자 분리막(14)은 STI(Shallow Trench Isolation) 방법으로 형성한다.Referring to FIG. 1A, an
도 1b를 참조하면, 전면 상부에 질화막(16)을 증착하고, 질화막(16) 상부에 감광막을 도포하고, 감광막에 대해 노광 및 현상 공정을 통해 활성영역(12)의 SEG(Selective Epitaxial Growth) 예정 영역을 정의하는 감광막 패턴(18)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a
이어서, 감광막 패턴(18)을 식각 마스크로 이용하여 질화막을 식각하여 질화막 패턴(16)을 형성하고, 감광막 패턴(18)을 제거한다.Subsequently, the nitride film is etched using the
도 1c를 참조하면, 질화막 패턴(16)을 장벽(Barrier)으로 사용하여 활성 영역(12)의 SEG 예정 영역에 대해 SEG 공정을 수행하여 활성영역(12)의 성장 층(Epitaxial layer)(13)을 형성한다. 여기서, 성장 층(13)은 활성영역의 길이방향의 경계(edge)로부터 100Å~400Å만큼 작게 형성한다. 또한, 성장 층(13)은 1000Å~2000Å 두께로 형성한다.Referring to FIG. 1C, an
도 1d를 참조하면, BOE(Buffer Oxide Etchant) 용액, H3PO4 및 이들의 조합 중 선택된 하나를 이용하여 질화막 패턴(16)을 제거한다. 여기서, BOE 용액은 BOE와 탈이온 순수(De-Ionized Water; DIW)가 300:1의 비율로 구성된 화학 용액을 사용한다.Referring to FIG. 1D, the
도 1e를 참조하면, 게이트 리세스 영역을 정의하는 마스크를 이용하여 활성 영역(12)의 성장층(13)의 게이트 리세스 예정영역을 설정된 깊이로 식각하여 게이트 리세스 영역(20)을 형성한다.Referring to FIG. 1E, the
도 1f 및 도 1g를 참조하면, 게이트 전극 물질층(22), 게이트 도전 물질층(24) 및 게이트 하드 마스크 물질층(26)을 순차적으로 증착한다. 이때, 게이트 하드 마스크 물질층(26)에 대해 평탄화 공정을 수행한다. 여기서, 게이트 전극 물질층(22)은 폴리 실리콘(Poly Silicon)을 사용하여 형성하고, 게이트 도전 물질층(24)은 텅스텐(Tungsten; WSIX)을 사용하여 형성하고, 게이트 하드 마스크 물질층(26)은 질화막을 사용하여 형성한다.1F and 1G, the gate
도 1h를 참조하면, 게이트 마스크를 이용하여 게이트 전극 물질층(22), 게이트 도전 물질층(24) 및 게이트 하드 마스크 물질층(26)을 순차적으로 식각하여 게이트 패턴(28)을 형성한다. Referring to FIG. 1H, the gate
도 1i를 참조하면, 게이트 패턴(28) 측벽에 게이트 스페이서(30)를 형성한다. 여기서, 게이트 스페이서(30)는 게이트 패턴(28)을 포함한 전면 상부에 질화막을 증착하고, 질화막에 대한 전면 식각(Blanket Etch) 및 세정 공정을 통해 형성한다. Referring to FIG. 1I, a
상기한 바와 같이, 본 발명은 소자 분리막을 형성한 후 활성영역을 성장시켜 소자 분리막과 단차를 형성하기 때문에, 패싱 게이트(Passing Gate)와 동작 게이트 사이에 단차가 발생하여 패싱 게이트 효과(Passing Gate Effect) 및 이웃 게이트 효과(Neighbor Gate Effect)를 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, since the active region is grown after forming the device isolation layer to form a step with the device isolation layer, a step is generated between the passing gate and the operation gate, thereby causing a passing gate effect. ) And the neighbor gate effect can be reduced.
또한, 본 발명은 소자 분리막을 형성한 후 활성영역을 성장시켜 소자 분리막과 단차를 형성하기 때문에, 저장 전극의 랜딩 플러그와 패싱 게이트가 격리되는 구조를 갖아 패싱 게이트와 랜딩 플러그 콘택 사이의 SAC(Self Align Contact) 패일을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the present invention, since the active region is grown after the device isolation layer is formed to form a step with the device isolation layer, the landing plug and the passing gate of the storage electrode are separated from each other. Align Contact) There is an effect that can prevent the failure.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 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, a preferred embodiment of the present invention is 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.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8975140B2 (en) | 2013-07-31 | 2015-03-10 | SK Hynix Inc. | Semiconductor device having passing gate and method for fabricating the same |
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2007
- 2007-09-28 KR KR1020070098456A patent/KR20090032879A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8975140B2 (en) | 2013-07-31 | 2015-03-10 | SK Hynix Inc. | Semiconductor device having passing gate and method for fabricating the same |
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