KR20100028435A - Method for fabricating semiconductor device having saddle fin transistor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a semiconductor device including a saddle fin transistor is provided to secure the property of the semiconductor device and a process margin by preventing the contact between a poly-silicon layer and a landing plug contact. CONSTITUTION: Gate electrodes(510) are formed on a semiconductor substrate. An insulation layer(530) covers the gate electrodes. The area in which a contact is formed in the insulation layer is etched to expose an active area and an element isolation layer(502) between the gate electrodes. The exposed element isolation layer is etched to form a cavity. An insulation layer is formed on the surface of the cavity. A landing plug is contacted to the active area.

Description

새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법{Method for fabricating semiconductor device having saddle Fin transistor}Method for fabricating semiconductor device having saddle fin transistor {Method for fabricating semiconductor device having saddle Fin transistor}

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a saddle fin transistor.

최근 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 서브-50nm 이하의 레벨로 급격히 감소함에 따라, 소자가 형성될 수 있는 활성영역의 면적이 급격히 감소하고 있다. 이에 따라 셀 동작전류 특성이 열화하는 현상이 소자의 개발에 가장 큰 걸림돌이 되고 있으며, 이러한 셀 동작 전류 특성의 열화는 tWR 불량의 근본 원인이 되고 있다. 셀 동작전류의 확보를 위해서는 셀 접합영역과 플러그 영역의 Rc 및 Rs의 감소가 반드시 수반되어야 하며, 보다 확장된 전류 통로(path)가 필요하다. 현재의 전류 통로의 감소, 즉 활성영역 폭의 감소에 따라 초고집적 소자의 동작을 위한 셀 구동전류의 확보는 사실상 불가능한 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 다양한 트랜지스터의 구조가 제안되고 있다.Recently, as the design rule of a semiconductor device is rapidly reduced to a level below sub-50 nm, the area of the active region in which the device can be formed is rapidly decreasing. As a result, deterioration of cell operating current characteristics is the biggest obstacle to the development of the device, and such deterioration of cell operating current characteristics is the root cause of the tWR failure. In order to secure the cell operating current, reduction of the Rc and Rs of the cell junction region and the plug region must be accompanied, and a more expanded current path is required. As the current current path decreases, i.e., the width of the active region decreases, it is virtually impossible to secure a cell driving current for the operation of the ultra-high density device. In order to overcome this limitation, various transistor structures have been proposed.

도 1은 반도체 소자의 전류구동능력을 확보하기 위해 제안된 기술 중의 하나인 핀(Fin) 트랜지스터 구조를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a fin transistor structure, which is one of techniques proposed to secure a current driving capability of a semiconductor device.

도 1에서, 참조번호 100은 반도체기판을, 102는 필드산화막을, 110은 게이트전극을 각각 나타내고, S 및 D는 소스 및 드레인을 나타낸다. 이러한 핀 구조의 트랜지스터는 채널이 형성될 부분의 반도체기판을 수직 방향으로 돌출시켜 활성영역(100a)을 형성하고, 그 위에 반도체기판의 활성영역(100a)을 가로지르는 게이트전극(110)을 형성함으로써 게이트전극(110)이 둘러싼 반도체기판의 세 면을 트랜지스터의 채널로 이용할 수 있게 한 것이다. 이와 같이 핀 구조의 트랜지스터를 적용할 경우 채널로 세 면을 이용하기 때문에 메모리 소자의 전류구동능력이 크게 향상된다. 그러나, 핀 구조의 경우, 세 면의 채널로 인해 오히려 접합누설전류의 소스가 더욱 커질 가능성이 있기 때문에 정보저장시간의 확보 측면에서는 불리하여, 충분한 정보저장시간의 확보를 요구하는 셀 트랜지스터에 이를 응용하는 것에는 한계가 있다.In Fig. 1, reference numeral 100 denotes a semiconductor substrate, 102 denotes a field oxide film, 110 denotes a gate electrode, and S and D denote a source and a drain, respectively. The transistor having a fin structure protrudes the semiconductor substrate of the portion where the channel is to be formed in the vertical direction to form the active region 100a, and forms a gate electrode 110 crossing the active region 100a of the semiconductor substrate thereon. Three surfaces of the semiconductor substrate surrounded by the gate electrode 110 may be used as a channel of a transistor. In this case, when the fin-type transistor is applied, three surfaces are used as the channel, thereby greatly improving the current driving capability of the memory device. However, in the case of the fin structure, since the three-sided channel may increase the source of the junction leakage current, it is disadvantageous in terms of securing the information storage time, which is applied to a cell transistor that requires sufficient information storage time. There is a limit to what you do.

도 2는 고집적 반도체 메모리소자의 정보저장시간을 확보하기 위해 제안된 기술로서 리세스 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a recess transistor as a technique proposed to secure an information storage time of a highly integrated semiconductor memory device.

참조번호 200은 반도체기판을, 210은 게이트절연막을, 220은 게이트전극을 각각 나타내고, S 및 D는 소스와 드레인을 나타낸다. 이러한 리세스 트랜지스터 구조는 반도체기판(200)을 소정 깊이 리세스시켜 소스/드레인 영역과 채널 영역 사이의 거리를 최대한 확장시켜 놓은 것이다. 메모리 소자의 트랜지스터로서 리세스 트랜지스터 구조를 적용할 경우 메모리 소자의 접합누설전류가 크게 감소하여 정보저장시간을 확보할 수 있다. 그러나, 전류구동능력이 핀 트랜지스터 구조만큼 좋지 못하다는 단점이 있다. Reference numeral 200 denotes a semiconductor substrate, 210 denotes a gate insulating film, 220 denotes a gate electrode, and S and D denote a source and a drain, respectively. The recess transistor structure recesses the semiconductor substrate 200 by a predetermined depth to maximize the distance between the source / drain region and the channel region. When the recess transistor structure is applied as the transistor of the memory device, the junction leakage current of the memory device is greatly reduced, thereby ensuring information storage time. However, there is a disadvantage that the current driving capability is not as good as the pin transistor structure.

따라서, 최근에는 핀 트랜지스터 및 리세스 트랜지스터를 하나의 셀 내에 동시에 구현함으로써 핀 트랜지스터가 갖는 전류구동능력의 개선 효과 및 리세스 트랜지스터가 갖는 정보저장시간의 개선 효과를 동시에 달성할 수 있는 새들 핀 구조의 트랜지스터(Saddle FIN FET)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. Therefore, in recent years, by simultaneously implementing the pin transistor and the recess transistor in one cell, the saddle fin structure of the saddle fin structure capable of simultaneously achieving the effect of improving the current driving capability of the pin transistor and the information storage time of the recess transistor can be simultaneously achieved. Research on transistors (Saddle FIN FET) is being actively conducted.

도 3a 및 도 3b는 종래 새들 핀 구조의 트랜지스터의 제조 공정을 설명하기 위한 사시도이다. 3A and 3B are perspective views illustrating a manufacturing process of a conventional saddle fin structure transistor.

도 3a를 참조하면, 반도체기판(300)을 소정 부분 식각하여 트렌치를 형성함으로써 반도체기판(300)으로부터 수직으로 돌출된 활성영역(300a)을 형성한다. 이어서, 트렌치 내에 소정 두께의 절연막을 매립하여 필드산화막(302)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a trench is formed by etching a predetermined portion of the semiconductor substrate 300 to form an active region 300a that protrudes vertically from the semiconductor substrate 300. Subsequently, an insulating film having a predetermined thickness is embedded in the trench to form a field oxide film 302.

활성영역(300a) 내의 채널영역을 선택적으로 식각하여 소정 깊이의 제1 요홈부를 형성한다. 또한, 필드산화막(302) 중 게이트전극이 통과하게 될 부분을 선택적으로 식각하여 제1 요홈부와 일체로 연결되는 소정 깊이의 제2 요홈부를 형성한다. 제1 요홈부 및 제2 요홈부에 의해 형성된 구조를 새들(saddle)이라 하며, 특히 새들 구조 중 돌출된 부분 즉, 필드산화막(302)의 표면 위로 돌출된 활성영역(300a) 부분을 새들 핀이라 한다. The channel region in the active region 300a is selectively etched to form a first recess portion having a predetermined depth. In addition, a portion of the field oxide layer 302 through which the gate electrode will pass is selectively etched to form a second recessed portion having a predetermined depth integrally connected with the first recessed portion. The structure formed by the first groove portion and the second groove portion is called a saddle, and in particular, a portion of the saddle structure that protrudes, that is, a portion of the active region 300a that protrudes above the surface of the field oxide film 302 is called a saddle pin. do.

도 3b를 참조하면, 제1 요홈부 및 제2 요홈부 형성 과정을 통해 드러난 활성영역(300a)의 표면에 게이트절연막을 형성한다. 새들 구조와 중첩되면서 활성영역(300a)의 상면을 가로지르는 게이트전극(310)을 형성한다. 이때, 게이트전극(310)은 제1 도전막(312) 및 제2 도전막(314)의 적층 구조로 형성될 수 있다. 이어서, 이온주입 공정으로 게이트 전극(310) 양측의 활성영역(300a)에 소스/드레인 영역(S/D)을 형성한다.Referring to FIG. 3B, a gate insulating layer is formed on the surface of the active region 300a exposed through the process of forming the first and second recesses. The gate electrode 310 is formed to overlap the saddle structure and cross the top surface of the active region 300a. In this case, the gate electrode 310 may be formed as a stacked structure of the first conductive film 312 and the second conductive film 314. Subsequently, a source / drain region S / D is formed in the active region 300a on both sides of the gate electrode 310 by an ion implantation process.

새들 핀 구조는 기존의 리세스 게이트 구조에서의 안정적인 리프레쉬 특성을 확보함과 동시에 리세스 게이트의 바닥면을 핀(FIN) 구조로 구현하여 게이트 폭 방향의 전류 통로를 보다 확장시켜 셀 동작전류 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 FINFET 채용 구조는 셀 문턱전압(Vt) 감소에 따른 리프레쉬 특성의 상당한 개선과 동시에 셀 전류 특성 개선효과를 얻을 수 있다.The saddle fin structure ensures stable refresh characteristics in the conventional recess gate structure, and at the same time, the bottom surface of the recess gate is implemented with a fin structure to extend the current path in the gate width direction to improve cell operating current characteristics. Can be improved. Such a FINFET employing structure can significantly improve the refresh characteristics due to the reduction of the cell threshold voltage (Vt), and at the same time, improve the cell current characteristics.

도 4a는 종래의 새들 핀 트랜지스터의 제조과정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4b는 전자현미경(SEM) 사진이다. 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a problem occurring in a conventional saddle fin transistor manufacturing process, and FIG. 4B is an electron microscope (SEM) photograph. The same reference numerals as in FIG. 3 denote the same parts.

하드마스크(316)을 포함하는 게이트전극(310)을 형성한 후, 랜딩 플러그 컨택(Landing Plug Contact; LPC)을 형성하기 위한 식각 공정 후에 활성영역과 소자분리영역 상부가 확실히 개방되도록 추가적으로 랜딩 플러그 컨택 에치백 공정을 진행하게 된다. 이 과정에서, SOD(Spin On Dielectric) 물질로 이루어진 소자분리막은 실리콘(Si)으로 이루어진 활성영역보다 막의 밀도(density)가 떨어지기 때문에 식각이 더 많이 이루어진다. 따라서, 소자분리막에 형성된 핀(Fin) 게이트의 측면이 노출될 수 있다. 또한, 핀(Fin) 게이트를 형성하기 위하여 소자분리막에 홈을 형성하는 식각과정에서도 실리콘기판에 비해 소자분리막의 낮은 밀도로 인해 소자분리막에 형성되는 게이트의 와이드닝(widening) 현상으로 인해 랜딩 플러그 컨택 식각공정에서 게이트의 측면이 노출되기가 쉽다. 이로 인해 핀 게이트의 폴리실리콘막과 랜딩 플러그 폴리실리콘막과이 접촉하게 되어 컨택 불량이 유발되는 문제가 있다.After the gate electrode 310 including the hard mask 316 is formed, the landing plug contact is additionally formed so that the top of the active region and the device isolation region is reliably opened after the etching process for forming the landing plug contact (LPC). The etch back process is performed. In this process, the device isolation layer made of SOD (Spin On Dielectric) material is more etched because the density of the film is lower than the active region made of silicon (Si). Therefore, the side surface of the fin gate formed in the device isolation layer may be exposed. In addition, in the etching process of forming a groove in the device isolation layer to form a fin gate, the landing plug contact is caused by the widening phenomenon of the gate formed in the device isolation layer due to the lower density of the device isolation layer than the silicon substrate. In the etching process, the sides of the gate are easily exposed. As a result, the polysilicon film of the pin gate and the landing plug polysilicon film are in contact with each other, thereby causing a problem of contact failure.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 핀 게이트의 폴리실리콘막과 랜딩 플러그 컨택과의 접촉으로 인해 컨택 불량이 유발되는 문제를 방지할 수 있는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a saddle pin transistor that can prevent the problem of contact failure caused by the contact between the polysilicon film of the pin gate and the landing plug contact. .

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법은, 반도체기판에 소자분리막을 형성하여 활성영역을 정의하는 단계와, 활성영역의 반도체기판과, 게이트가 통과할 부분의 소자분리막을 식각하여 활성영역에는 제1 트렌치를 소자분리막에는 제2 트렌치를 형성하는 단계와, 제1 및 제2 트렌치를 채우면서 활성영역을 가로지르는 게이트전극을 형성하는 단계와, 게이트전극을 덮는 절연막을 형성하는 단계와, 컨택이 형성될 영역의 절연막을 식각하여 게이트전극 사이의 활성영역 및 소자분리막을 노출시키는 단계와, 소자분리막의 노출된 부분을 식각하여 공동(cavity)을 형성하는 단계와, 공동(cavity)의 표면에 절연막을 형성하는 단계, 및 게이트전극 사이의 활성영역과 접촉하는 랜딩 플러그 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a semiconductor device including a saddle fin transistor according to the present invention includes forming an isolation layer on a semiconductor substrate to define an active region, a semiconductor substrate of the active region, and a gate to pass through. Etching the portion of the device isolation layer to form a first trench in the active region and a second trench in the device isolation layer, forming a gate electrode across the active region while filling the first and second trenches, and forming a gate electrode. Forming an insulating film covering the insulating layer, etching the insulating film in the region where the contact is to be formed, exposing the active region and the isolation layer between the gate electrodes, and etching the exposed portion of the isolation layer to form a cavity Forming an insulating film on the surface of the cavity, and a landing plug control in contact with the active region between the gate electrodes A characterized in that it comprises forming.

상기 게이트전극을 형성하는 단계는, 제1 및 제2 트렌치의 내벽에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 트렌치를 채우도록 게이트 도전층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 도전층 위에 저저항층 및 하드마스크층을 형성하는 단계와, 상기 하드마스크층, 저저항층, 게이트 도전층 및 게이트절연막을 패터닝하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the gate electrode may include forming a gate insulating layer on inner walls of the first and second trenches, forming a gate conductive layer to fill the first and second trenches, and forming a gate conductive layer on the gate conductive layer. The method may include forming a low resistance layer and a hard mask layer, and patterning the hard mask layer, the low resistance layer, the gate conductive layer, and the gate insulating layer.

상기 도전층은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하고, 상기 저저항층은 텅스텐실리사이드 또는 하이브리드 텅스텐막으로 형성할 수 있다.The conductive layer may be formed of a doped polysilicon film, and the low resistance layer may be formed of a tungsten silicide or a hybrid tungsten film.

상기 공동(cavity)을 형성하는 단계는, 노출된 소자분리막의 일정 두께를 습식식각하는 단계와, 습식식각된 상기 소자분리막을 건식식각하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the cavity may include wet etching a predetermined thickness of the exposed device isolation layer and dry etching the wet etching device isolation layer.

상기 소자분리막을 건식식각하는 단계에서, 수평 방향으로의 식각율이 수직 방향보다 높게 하여 수평방향으로 긴 타원형의 공동이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.In the step of dry etching the device isolation layer, it is preferable that the etch rate in the horizontal direction is higher than in the vertical direction so that an elliptical cavity elongated in the horizontal direction is formed.

상기 소자분리막을 건식식각하는 단계에서, HBr 가스와 염소(Cl2) 가스를 식각가스로 사용하고, 바이어스 전력(bias power)을 20 ∼ 80W로 하여 식각할 수 있다.In the step of dry etching the device isolation layer, the HBr gas and the chlorine (Cl 2 ) gas may be used as an etching gas, and the etching power may be etched with a bias power of 20 to 80W.

상기 공동(cavity)의 표면에 형성하는 절연막은 10 ∼ 100Å의 두께로 형성하며, 산화막 또는 질화막으로 형성할 수 있다.The insulating film formed on the surface of the cavity may be formed to a thickness of 10 to 100 GPa, and may be formed of an oxide film or a nitride film.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되 어서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as limited by the embodiments described below.

본 발명은 소자분리막 상부에 형성되는 랜딩 플러그 폴리실리콘막을 소자분리막 하부로 리세스시키는 새로운 구조를 도입하여 컨택 불량을 방지할 수 있는 방법을 제시한다. The present invention provides a method for preventing contact failure by introducing a new structure for recessing the landing plug polysilicon film formed on the device isolation film to the device isolation film.

도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 새들 핀 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a saddle fin transistor according to the present invention.

도 5를 참조하면, 반도체기판(500)의 비활성영역에 소자간 분리를 위한 소자분리막(502)을 형성한다. 소자분리막(502)은 잘 알려진 통상의 쉘로우 트렌치 분리(STI) 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 반도체기판(500) 상에 소자분리막이 형성될 영역을 노출시키도록 패드산화막(도시되지 않음) 및 패드질화막(도시되지 않음)을 형성하고, 패드질화막을 마스크로 노출된 반도체기판을 이방성 식각하여 소정 깊이의 트렌치를 형성한다. 이 트렌치를 SOD와 같은 절연물질로 매립한 후 평탄화하여 소자분리막(502)을 형성한다. 이렇게 소자분리막(502)이 형성된 반도체기판(500)에, 스크린 산화 공정, 웰 형성 및 문턱전압 조절을 위한 불순물 이온주입 공정을 영역별로 선택적으로 실시한다.Referring to FIG. 5, a device isolation layer 502 is formed in an inactive region of the semiconductor substrate 500 for isolation between devices. The device isolation layer 502 may be formed using a conventional shallow trench isolation (STI) method. Specifically, a pad oxide film (not shown) and a pad nitride film (not shown) are formed on the semiconductor substrate 500 to expose a region where the device isolation film is to be formed, and the semiconductor substrate having the pad nitride film exposed as a mask is anisotropic. Etching forms a trench of a predetermined depth. The trench is filled with an insulating material such as SOD, and then planarized to form an isolation layer 502. The impurity ion implantation process for screen oxidation, well formation, and threshold voltage control is selectively performed on the semiconductor substrate 500 on which the device isolation film 502 is formed.

다음, 상기 반도체기판(500) 상에 새들 핀 형성을 위한 식각시 마스크로 사용될 하드마스크층(504)을 형성한다. 하드마스크층(504)은 예를 들어 아몰퍼스 카본막(504a)과 실리콘옥시나이트라이드(SiON, 504b)를 순차적으로 적층하여 형성할 수 있다. 상기 하드마스크층(504)을 패터닝하여 새들 핀 게이트가 형성될 영역을 노출시킨 다음, 노출된 영역의 반도체기판(500) 및 소자분리막(502)을 선택적으로 식각하여 새들 핀 게이트용 트렌치를 형성한다. 새들 트랜지스터 형성을 위해서는 활성영역 내의 채널영역이 선택적으로 식각되어야 하고, 소자분리막 중 게이트전극이 통과할 부분이 선택적으로 식각되어야 한다.Next, a hard mask layer 504 to be used as a mask for etching saddle fins is formed on the semiconductor substrate 500. The hard mask layer 504 may be formed by sequentially laminating an amorphous carbon film 504a and silicon oxynitride (SiON, 504b), for example. The hard mask layer 504 is patterned to expose a region where a saddle fin gate is to be formed, and then the semiconductor substrate 500 and the device isolation layer 502 of the exposed region are selectively etched to form a saddle fin gate trench. . In order to form the saddle transistor, the channel region in the active region must be selectively etched, and the portion of the device isolation layer through which the gate electrode passes is selectively etched.

도 6을 참조하면, 하드마스크층을 제거한 후 산화막을 30 ∼ 60Å의 두께로 형성하여 게이트절연막(도시되지 않음)을 형성한다. 게이트절연막 위에 400 ∼ 700Å 정도 두께의 도핑된 폴리실리콘막(512), 1,000 ∼ 1,500Å 정도 두께의 텅스텐실리사이드막(514) 또는 400 ∼ 500Å 정도 두께의 하이브리드 텅스텐막, 그리고 2,000 ∼ 2,500Å 정도 두께의 하드마스크층(516)을 차례로 형성한다. 소정의 사진식각 공정을 실시하여 상기 하드마스크층(516)을 패터닝한 다음, 패터닝된 하드마스크층을 마스크로 하여 텅스텐실리사이드막(514), 폴리실리콘막(512) 및 게이트절연막을 차례대로 식각하여 게이트 패턴(510)을 형성한다.Referring to FIG. 6, after the hard mask layer is removed, an oxide film is formed to a thickness of 30 to 60 GPa to form a gate insulating film (not shown). A doped polysilicon film 512 having a thickness of about 400 to 700 GPa, a tungsten silicide film 514 having a thickness of about 1,000 to 1,500 GPa, or a hybrid tungsten film having a thickness of about 400 to 500 GPa, and a thickness of about 2,000 to 2,500 GPa on the gate insulating film The hard mask layer 516 is sequentially formed. After performing a predetermined photolithography process, the hard mask layer 516 is patterned, and the tungsten silicide layer 514, the polysilicon layer 512, and the gate insulating layer are sequentially etched using the patterned hard mask layer as a mask. The gate pattern 510 is formed.

도 7을 참조하면, 후속 자기정렬컨택(SAC) 형성을 위한 식각 공정에서 게이트 패턴을 보호하기 위한 배리어막(520)으로, 전면에 10 ∼ 100Å 정도 두께의 산화막 또는 질화막을 형성한다. 배리어막(520)이 형성된 상기 반도체기판 상에, 셀 영역의 랜딩 플러그 컨택이 형성될 영역은 오픈시키고 주변회로 영역을 덮는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 포토레지스트 패턴을 마스크로 한 식각공정을 실시하여 랜딩 플러스 컨택이 형성될 영역의 상기 배리어막(520)을 제거한다. 이때, 랜딩 플러그 컨택이 형성될 활성영역과 소자분리영역 상부가 확실히 오픈되도록 하기 위하여 도시된 바와 같이 오버 식각이 이루어지도록 한다.Referring to FIG. 7, an oxide film or a nitride film having a thickness of about 10 to about 100 μs is formed on the entire surface of the barrier film 520 for protecting the gate pattern in an etching process for forming a subsequent self-aligned contact (SAC). On the semiconductor substrate on which the barrier layer 520 is formed, a photoresist pattern (not shown) is formed to open a region where a landing plug contact of a cell region is to be formed and cover a peripheral circuit region. An etching process using a photoresist pattern as a mask is performed to remove the barrier layer 520 in a region where a landing plus contact is to be formed. At this time, the over-etching is performed as shown in order to ensure that the active region in which the landing plug contact is to be formed and the upper portion of the device isolation region are opened.

도 8을 참조하면, 주변회로영역을 마스킹하는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성하여 셀 영역만 오픈시킨 상태에서, 상기 배리어막(520)과 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 셀 영역의 게이트 사이의 소자분리막(502)을 선택적으로 식각한다. 이 경우, 노출된 영역의 소자분리막(502)의 일정 두께를 습식식각으로 먼저 제거한 후, 계속해서 건식식각을 실시하여 공동(cavity)이 형성되도록 한다. 이때, 수평방향의 식각율이 수직방향의 식각율보다 빠르도록 식각 조건을 조절하여 도시된 바와 같이 수평방향으로 길쭉한 타원 모양의 공동(cavity)이 형성되도록 한다. 상기 소자분리막(502)에 대한 건식식각은 HBr 가스와 염소(Cl2) 가스를 식각가스로 이용하며, 수평방향으로 식각되는 양을 증가시키기 위해 바이어스 전력(bias power)을 일반적인 건식식각 공정보다 낮추어 예를 들면 20 ∼ 80W 정도로 하여 실시한다.Referring to FIG. 8, a photoresist pattern (not shown) that masks a peripheral circuit region is formed to open only a cell region, and between the barrier layer 520 and the gate of the cell region using the photoresist pattern as a mask. The device isolation film 502 is selectively etched. In this case, a predetermined thickness of the device isolation layer 502 in the exposed region is first removed by wet etching, and then dry etching is performed to form a cavity. At this time, the etching conditions are adjusted such that the etch rate in the horizontal direction is faster than the etch rate in the vertical direction so that an elongated elliptic cavity is formed in the horizontal direction as shown. Dry etching of the device isolation layer 502 uses HBr gas and chlorine (Cl 2 ) gas as an etching gas, and in order to increase the amount of etching in the horizontal direction, the bias power is lowered than that of a general dry etching process. For example, it is set as about 20-80W.

도 9를 참조하면, 주변회로영역에 형성된 포토레지스트 패턴을 제거한 다음, 산화 또는 질화 공정을 진행하여 상기 소자분리막에 형성된 공동(cavity)의 표면에 산화막 또는 질화막으로 이루어진 절연막(530)을 형성한다.Referring to FIG. 9, after removing the photoresist pattern formed in the peripheral circuit region, an oxidation or nitriding process is performed to form an insulating film 530 formed of an oxide film or a nitride film on the surface of a cavity formed in the device isolation film.

절연막(530)이 형성된 결과물 상에 예를 들어 도핑된 폴리실리콘막을 증착하여 랜딩 플러그용 도전층(540)을 형성한다. 상기 랜딩 플러그용 도전층(540)은 예를 들면 포스포러스(P)와 같은 N형 도펀트가 6.0 × 1020 ∼ 9.0 × 1020원자/㎠의 농도로 도핑된 폴리실리콘막을 500 ∼ 2,200Å 정도의 두께로 증착하여 형성할 수 있다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 도전층을 패터닝하여 랜딩 플러그 컨택을 형성한다.For example, a doped polysilicon film is deposited on the resultant layer on which the insulating film 530 is formed to form a landing plug conductive layer 540. For example, the landing plug conductive layer 540 may have a polysilicon film doped with an N-type dopant such as phosphorus (P) at a concentration of 6.0 × 10 20 to 9.0 × 10 20 atoms / cm 2. It can be formed by depositing to a thickness. Subsequently, the conductive layer is patterned by photolithography to form a landing plug contact.

상술한 본 발명에 따르면, 랜딩 플러그 컨택홀이 형성되는 부분의 소자분리막에 공동을 형성하고 공동의 표면에 절연막을 형성한 후 랜딩 플러그 컨택용 도전막을 형성함으로써, 랜딩 플러그 컨택홀 형성을 위한 식각 과정에서 소자분리막의 손실로 인해 핀 게이트와 랜딩 플러그 컨택용 도전막이 접촉하는 현상을 사전에 차단할 수 있다. 따라서, 컨택 불량을 방지하여 우수한 소자의 특성을 확보함과 동시에 후속 공정에 대한 공정 마진을 안정적으로 확보할 수 있다.According to the present invention described above, by forming a cavity in the device isolation film of the portion where the landing plug contact hole is formed, and then forming an insulating film on the surface of the cavity to form a conductive film for landing plug contact, an etching process for forming a landing plug contact hole Due to the loss of the device isolation layer, the contact between the pin gate and the conductive film for landing plug contact may be prevented in advance. Therefore, it is possible to prevent contact failure and to ensure excellent device characteristics and to secure process margins for subsequent processes.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

도 1은 반도체 소자의 전류구동능력을 확보하기 위해 제안된 핀(Fin) 트랜지스터 구조를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a fin transistor structure proposed to secure a current driving capability of a semiconductor device.

도 2는 고집적 반도체 메모리소자의 정보저장시간을 확보하기 위해 제안된 리세스 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a recess transistor proposed to secure an information storage time of a highly integrated semiconductor memory device.

도 3a 및 도 3b는 종래 새들 핀 구조의 트랜지스터의 제조 공정을 설명하기 위한 사시도이다.3A and 3B are perspective views illustrating a manufacturing process of a conventional saddle fin structure transistor.

도 4a는 종래의 새들 핀 트랜지스터의 제조과정에서 발생하는 문제점을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4b는 전자현미경(SEM) 사진이다.FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a problem occurring in a conventional saddle fin transistor manufacturing process, and FIG. 4B is an electron microscope (SEM) photograph.

도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 새들 핀 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a saddle fin transistor according to the present invention.

Claims (9)

반도체기판에 소자분리막을 형성하여 활성영역을 정의하는 단계;Forming an isolation layer on the semiconductor substrate to define an active region; 상기 활성영역의 반도체기판과, 게이트가 통과할 부분의 상기 소자분리막을 식각하여 상기 활성영역에는 제1 트렌치를 상기 소자분리막에는 제2 트렌치를 형성하는 단계;Etching the semiconductor substrate in the active region and the device isolation layer in a portion through which the gate passes, forming a first trench in the active region and a second trench in the device isolation layer; 상기 제1 및 제2 트렌치를 채우면서 상기 활성영역을 가로지르는 게이트전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode crossing the active region while filling the first and second trenches; 상기 게이트전극을 덮는 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film covering the gate electrode; 컨택이 형성될 영역의 상기 절연막을 식각하여 상기 게이트전극 사이의 활성영역 및 소자분리막을 노출시키는 단계;Etching the insulating film in a region where a contact is to be formed to expose an active region and a device isolation layer between the gate electrodes; 상기 소자분리막의 노출된 부분을 식각하여 공동(cavity)을 형성하는 단계;Etching the exposed portion of the device isolation layer to form a cavity; 상기 공동(cavity)의 표면에 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an insulating film on a surface of the cavity; And 상기 게이트전극 사이의 활성영역과 접촉하는 랜딩 플러그 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.And forming a landing plug contact in contact with an active region between the gate electrodes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트전극을 형성하는 단계는,Forming the gate electrode, 제1 및 제2 트렌치의 내벽에 게이트절연막을 형성하는 단계와,Forming a gate insulating film on inner walls of the first and second trenches; 상기 제1 및 제2 트렌치를 채우도록 게이트 도전층을 형성하는 단계와,Forming a gate conductive layer to fill the first and second trenches, 상기 게이트 도전층 위에 저저항층 및 하드마스크층을 형성하는 단계와,Forming a low resistance layer and a hard mask layer on the gate conductive layer; 상기 하드마스크층, 저저항층, 게이트 도전층 및 게이트절연막을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.And patterning the hard mask layer, the low resistance layer, the gate conductive layer, and the gate insulating layer. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 도전층은 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하고,The conductive layer is formed of a doped polysilicon film, 상기 저저항층은 텅스텐실리사이드 또는 하이브리드 텅스텐막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.And the low resistance layer is formed of a tungsten silicide or a hybrid tungsten film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공동(cavity)을 형성하는 단계는,Forming the cavity (cavity), 노출된 소자분리막의 일정 두께를 습식식각하는 단계와,Wet etching a predetermined thickness of the exposed device isolation layer; 습식식각된 상기 소자분리막을 건식식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.And dry-etching the wet-etched device isolation layer. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 소자분리막을 건식식각하는 단계에서, In the step of dry etching the device isolation film, 수평 방향으로의 식각율이 수직 방향보다 높게 하여 수평방향으로 긴 타원형 의 공동이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor device having a saddle fin transistor, wherein the etch rate in the horizontal direction is higher than that in the vertical direction to form a long elliptical cavity in the horizontal direction. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 소자분리막을 건식식각하는 단계에서,In the step of dry etching the device isolation film, HBr 가스와 염소(Cl2) 가스를 식각가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor device having a saddle fin transistor, characterized by using HBr gas and chlorine (Cl 2 ) gas as an etching gas. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 소자분리막을 건식식각하는 단계에서,In the step of dry etching the device isolation film, 바이어스 전력(bias power)을 20 ∼ 80W로 하여 식각하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.A method for manufacturing a semiconductor device having a saddle pin transistor, which is etched with a bias power of 20 to 80 W. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공동(cavity)의 표면에 형성하는 절연막은 10 ∼ 100Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.An insulating film formed on the surface of the cavity is formed to a thickness of 10 ~ 100 kHz, the manufacturing method of a semiconductor device having a saddle fin transistor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공동(cavity)의 표면에 형성하는 절연막은 산화막 또는 질화막으로 형 성하는 것을 특징으로 하는 새들 핀 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조방법.And an insulating film formed on the surface of the cavity is formed of an oxide film or a nitride film.
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