KR20110024480A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 핀 트랜지스터(Fin Transistor)의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a fin transistor.
수평 채널을 갖는 플래너형 트랜지스터는 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 채널면적이 감소한다. 이러한 채널면적의 감소는 단채널효과(Short Channel Effect, SCE), 게이트제어력(Gate Controllability) 저하와 같은 문제점을 유발하여 결과적으로 반도체 장치의 고집적화를 어렵게 한다. 이를 해결하기 위해 핀(Fin) 형태로 활성영역을 돌출시키고 이를 포함하는 반도체 기판 상부에 게이트를 형성하여 채널면적을 증가시키는 핀 트랜지스터가 제안되었다. A planar transistor having a horizontal channel decreases in channel area as the degree of integration of a semiconductor device increases. Such a reduction in channel area causes problems such as short channel effect (SCE) and gate controllability (gate controllability), resulting in high integration of semiconductor devices. In order to solve this problem, a fin transistor has been proposed, which protrudes an active region in the form of a fin and increases a channel area by forming a gate over the semiconductor substrate including the fin.
도 1은 종래기술에 따른 핀트랜지스터를 구비하는 반도체 장치를 도시한 평면도이고, 도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 핀트랜지스터를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 도 1에 도시된 X-X'절취선을 따라 도시한 공정단면도이다. 1 is a plan view illustrating a semiconductor device having a pin transistor according to the prior art, and FIGS. 2A to 2C illustrate a method of manufacturing a semiconductor device having a pin transistor according to the prior art. It is a process cross-sectional view along the cut line.
도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(11)을 선택적으로 식각하여 소자분리 를 위한 트렌치(12)를 형성한 후, 트렌치(12) 표면에 측벽산화막(wall oxide, 13) 및 라이너질화막(liner nitride, 14)을 순차적으로 형성한다. As shown in FIG. 2A, after the
다음으로, 라이너질화막(14) 상에 트렌치(12)를 매립하도록 고밀도플라즈마산화막(Hidh Density Plasma, HDP)를 증착하여 소자분리막(15)을 형성함과 동시에 활성영역(16)을 정의한다. Next, a high density plasma oxide (HDP) film is deposited to fill the
도 2b에 도시된 바와 같이, 게이트예정영역을 오픈하는 마스크패턴(미도시)을 형성한 후, 마스크패턴을 식각장벽(etch barrier)으로 소자분리막(15), 라이너질화막(14) 및 측벽산화막(13)을 동시에 일부 식각하여 핀활성영역(16A)을 형성한다. As shown in FIG. 2B, after forming a mask pattern (not shown) for opening the gate region, the
도 2c에 도시된 바와 같이, 핀활성영역(16A)을 덮고, 핀활성영역(16A)과 소자분리막(15)을 동시에 가로지르는 게이트(20)를 형성한다. 이때, 게이트(20)는 핀활성영역(16A)의 표면을 따라 형성된 게이트절연막(17), 핀활성영역(16A)을 덮는 게이트전극(18) 및 게이트전극(18) 상의 게이트하드마스크막(19)이 순차적으로 적층된 적층구조물로 형성한다.As shown in FIG. 2C, a
하지만, 종래기술은 핀활성영역(16A)을 형성하기 위한 식각공정시 소자분리막(15), 라이너질화막(14) 및 측벽산화막(13)을 동시에 식각하기 위해 식각가스로 불화탄소가스(CxFy, x,y는 0을 제외한 자연수)와 불화메탄가스(ClHmFn, l,m,n은 0을 제외한 자연수)가 혼합된 혼합가스를 사용하기 때문에 실리콘기판(11)이 과도손실되는 문제점이 발생한다. However, in the related art, in order to simultaneously etch the
구체적으로, 불화메탄가스는 산화막 식각가스로 소자분리막(15) 및 측벽산화막(13)을 식각하는 역할을 수행하고, 불화탄소가스는 질화막 식각가스로 라이너질화막(14)을 식각하는 역할을 수행한다. 이때, 불화탄소가스는 실리콘기판(11)에 대한 식각선택비가 없기 때문에(즉, 불화탄소가스는 실리콘기판(11)도 잘 식각함) 핀활성영역(16A) 형성간 실리콘기판(11)이 과도손실되는 문제점이 발생한다. Specifically, the methane fluoride gas serves to etch the
일례로, 불화탄소가스와 불화메탄가스가 혼합된 혼합가스를 이용하여 400Å ~ 500Å 범위의 높이(H)를 갖는 핀활성영역(16A)를 형성하고자 할 때, 실리콘기판(11)은 대략 600Å 정도 손실(또는 식각)이 발생하고, 소자분리막(15)은 대략 1100Å 정도의 손실(또는 식각)이 발생한다. 즉, 소자분리막(15)과 실리콘기판(11) 사이의 식각선택비가 2:1(산화막:실리콘)이다. For example, when the fin
정리하면, 종래기술은 소자분리막(15), 라이너질화막(14) 및 측벽산화막(13)을 동시에 식각하여 핀활성영역(16A)을 형성하기 위해 식각가스로 불화탄소가스와 불화메탄가스가 혼합된 혼합가스를 사용하기 때문에 소자분리막(15)과 실리콘기판(11) 사이의 식각선택비가 낮아 실리콘기판(11)이 과도손실되는 문제점이 발생한다. In summary, in the related art, in order to form the fin
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 핀활성영역을 형성시 기판이 과도손실되는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can prevent the substrate from being excessively lost when forming the fin active region.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 장치 제조방법은, 실리콘기판을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 스핀온절연막으로 매립하여 소자분리막을 형성하는 단계; 게이트예정영역의 상기 소자분리막을 일부 식각하여 핀활성영역을 형성하는 단계; 및 상기 소자분리막과 상기 핀활성영역을 동시에 가로지르는 게이트를 형성하는 단계를 포함한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including selectively etching a silicon substrate to form a trench; Filling the trench with a spin-on insulating film to form a device isolation film; Partially etching the device isolation layer in the gate potential region to form a fin active region; And forming a gate crossing the device isolation layer and the fin active region at the same time.
또한, 본 발명의 반도체 장치 제조방법은 상기 소자분리막을 형성하기 이전에 상기 트렌치 표면에 측벽산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention may further include forming a sidewall oxide film on the trench surface before forming the device isolation layer.
상기 소자분리막은 폴리실라잔 기반의 스핀온절연막으로 형성할 수 있다. The device isolation layer may be formed of a polysilazane-based spin-on insulating layer.
상기 핀활성영역을 형성하는 단계는, 불화메탄가스를 사용하여 실시할 수 있다. 또한, 상기 핀활성영역을 형성하는 단계는, 산소가스 및 아르곤가스를 더 첨가하여 실시할 수 있다. Forming the fin active region may be performed using methane fluoride gas. In addition, the forming of the fin active region may be performed by further adding oxygen gas and argon gas.
상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은 소자분리막을 스핀온절연막으로 형성하여 라이너질화막 형성공정을 생략함으로써, 핀활성영역을 형성하기 위한 식각공정시 실리콘기판이 과도손실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. The present invention based on the above-described problem solving means to form a device isolation film as a spin-on insulating film to omit the liner nitride film forming process, it is possible to prevent the excessive loss of the silicon substrate during the etching process for forming the fin active region It works.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.
후술할 본 발명은 핀활성영역 형성시 기판 예컨대, 실리콘기판이 과도손실되는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 소자분리막을 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma, HDP) 대신 스핀온절연막(Spin On Dielectric, SOD)으로 형성하여 소자분리를 위한 트렌치 측벽에 라이너질화막(liner nitride)을 형성하지 않음을 기술적 원리로 한다.The present invention, which will be described later, provides a method of manufacturing a semiconductor device which can prevent excessive loss of a substrate such as a silicon substrate when forming a fin active region. To this end, the present invention forms a device isolation film as a spin on dielectric (SOD) instead of a high density plasma oxide (HDP) film, so that a liner nitride film is not formed on the trench sidewalls for device isolation. It is a technical principle.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 핀트랜지스터를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 도 1에 도시된 X-X' 절취선을 따라 도시한 공정단면도이다. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a pin transistor according to an embodiment of the present invention along the line X-X 'of FIG. 1.
도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(31) 상에 패드산화막(미도시) 및 패드질화막(미도시)이 적층된 구조의 하드마스크패턴(미도시)을 형성한 후에 하드마스크패턴을 식각장벽(etch barrier)으로 실리콘기판(31)을 식각하여 소자분리를 위한 트렌치(32)를 형성한다. As shown in FIG. 3A, after forming a hard mask pattern (not shown) having a structure in which a pad oxide film (not shown) and a pad nitride film (not shown) are stacked on the
다음으로, 트렌치(32)를 형성하는 과정에서 트렌치(32) 표면에 발생된 손상을 치유(curing)하기 위해 트렌치(32) 표면에 측벽산화막(33)을 형성한다. 측벽산화막(33)은 실리콘산화막(SiO2)으로 형성할 수 있으며, 열산화법(thermal oxidation)을 사용하여 형성할 수 있다. Next, a
다음으로, 측벽산화막(33) 상에 트렌치(32)를 매립하도록 스핀온절연막을 증착한 후에 실리콘기판(31) 상부면이 노출되도록 평탄화공정을 실시하여 소자분리막(34)을 형성한다. 이때, 평탄화공정은 화학적기계적연마법(CMP)을 사용하여 실시할 수 있으며, 실리콘기판(31)에서 소자분리막(34)이 형성되지 않은 나머지 영역을 활성영역(35)으로 정의할 수 있다. 그리고, 소자분리막(34)은 폴리실라잔(polysilazane)을 기반으로 스핀온절연막으로 형성할 수 있다. 참고로, 폴리실라잔 기반의 스핀온절연막은 실리콘산화막과 동일한 실리콘-산소(Si-O) 결합으로 이루어져 있다.Next, after the spin-on insulating film is deposited to fill the
여기서, 본 발명은 소자분리막(34)을 스핀온절연막으로 형성하기 때문에 라이너질화막 형성공정을 생략할 수 있다. 즉, 측벽산화막(33) 상에 라이너질화막을 형성하지 않아도 무방하다. Here, since the
참고로, 종래에는 소자분리막(34)을 고밀도플라즈마산화막(HDP)로 형성했는데, 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 고종횡비를 갖는 트렌치(32)를 고밀도플라즈마산화막으로 매립하기 위해 증착공정과 식각공정을 반복실시하여 소자분리막(34)를 형성하였다. 이때, 고밀도플라즈마산화막 식각공정시 식각가스로 사용되 는 삼불화질소(NF3)에 의하여 트렌치(32) 측벽이 손상되는 것을 방지하기 위해 라이너질화막을 형성하였다. For reference, in the related art, the
하지만, 본 발명은 소자분리막(34)을 스핀온절연막으로 형성함에 따라 삼불화질소에 의한 트렌치(32) 측벽 손상을 원천적으로 방지할 수 있으며, 스핀온절연막은 유동성이 큰 물질이기 때문에 증착공정과 식각공정을 반복실시하지 않아도 고종횡비를 갖는 트렌치(32)를 한번에 매립할 수 있다. However, according to the present invention, since the
도 3b에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(31) 상에 게이트예정영역을 오픈하는 하드마스크패턴(미도시)을 형성한 후에 하드마스크패턴을 식각장벽으로 소자분리막(34) 및 측벽산화막(33)을 일부 식각하여 핀활성영역(35A)을 형성한다. As shown in FIG. 3B, after forming a hard mask pattern (not shown) for opening a gate region to be formed on the
핀활성영역(35A)을 형성하기 위한 식각공정은 불화메탄가스(ClHmFn, l,m,n은 0을 제외한 자연수)를 사용하여 실시할 수 있다. 이때, 불화메탄가스는 산화막 식각가스로 스핀온절연막으로 이루어진 소자분리막(34) 및 측벽산화막(33)을 식각하는 역할을 수행하며, CHF3, CH2F2 등을 사용할 수 있다. 또한, 식각공정시 불화메탄가스와 더불어서 식각공정 특성을 향상시키기 위하여 산소가스(O2) 및 아르곤가스(Ar)를 첨가할 수 있다. The etching process for forming the fin
핀활성영역(35A)을 형성하기 위한 식각공정시 종래에는 소자분리막(34), 측벽산화막(33)과 더불어서 라이너질화막을 식각하기 위해 불화탄소가스와 불화메탄가스가 혼합된 혼합가스를 사용하였으나, 본 발명은 라이너질화막을 형성하지 않기 때문에 식각공정시 불화탄소가스를 사용하지 않는다. 즉, 실리콘기판(31)에 대한 식각선택비가 열악한(즉, 실리콘기판을 잘 식각하는) 불화탄소가스를 사용하지 않음으로써, 소자분리막(34)과 실리콘기판(31) 사이의 식각선택비를 향상시켜 실리콘기판(11)이 과도손실되는 것을 방지할 수 있다. In the etching process for forming the fin
일례로, 불화메탄가스를 사용하여 소자분리막(34) 및 측벽산화막(33)을 식각하여 400Å ~ 500Å 범위의 높이(H)를 갖는 핀활성영역(35A)을 형성하는 경우에 실리콘기판(31)은 대략 150Å 정도가 식각되는데 반해, 소자분리막(34)은 대략 750Å 정도가 식각된다. 즉, 소자분리막(34)과 실리콘기판(31) 사이에서 5:1(소자분리막:실리콘기판)의 식각선택비를 확보할 수 있다. For example, the
또한, 본 발명은 산화막인 소자분리막(34)과 측벽산화막(33)만을 식각하여 핀활성영역(35A)을 형성하기 때문에 산화막에 대한 식각특성을 보다 용이하게 조절할 수 있는 산화막 식각 전용 장비에서 핀활성영역(35A)을 형성하기 위한 식각공정을 실시할 수 있다. 참고로, 종래에는 산화막인 소자분리막(34)과 측벽산화막(33)을 식각함과 동시에 라이너질화막을 식각하기 위해 폴리실리콘 식각 전용 장비에서 핀활성영역(35A)을 형성하기 위한 식각공정을 진행함에 따라 산화막 및 질화막에 대한 식각특성 조절이 본 발명에 비하여 상대적으로 떨어진다는 단점이 있다. In addition, since the fin
도 3c에 도시된 바와 같이, 핀활성영역(35A) 표면에 게이트절연막(36)을 형성한다. 게이트절연막(36)은 산화막 예컨대, 실리콘산화막으로 형성할 수 있으며, 게이트절연막(36)으로 이용되는 실리콘산화막은 열산화법을 사용하여 형성할 수 있다. As shown in FIG. 3C, a
다음으로, 게이트절연막(36) 상에 핀활성영역(35A)을 덮는 게이트도전막을 형성한다. 이때, 게이트도전막은 실리콘막, 금속성막 또는 실리콘막과 금속성막이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 실리콘막으로는 폴리실리콘막(poly Si), 실리콘게르마늄막(SiGe)등을 사용할 수 있고, 금속성막으로 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 텅스텐실리사이드(WSi), 티타늄질화막(TiN) 등을 사용할 수 있다.Next, a gate conductive film covering the fin
다음으로, 게이트도전막 상에 게이트하드마스크막(38)을 형성한다. 게이트하드마스크막(38)은 산화막, 질화막 및 산화질화막(oxynitride)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. Next, a gate
다음으로, 게이트예정영역을 덮고, 게이트예정영역을 제외한 나머지 영역을 오픈하는 감광막패턴(미도시)을 형성한 후에 감광막패턴을 식각장벽으로 게이트절연막(38), 게이트도전막 및 게이트절연막(36)을 순차적으로 식각한다. Next, after forming a photoresist pattern (not shown) covering the gate region and opening other regions except for the gate region, the
상술한 공정과정을 통해 소자분리막(34)과 핀활성영역(35A)을 동시에 가로지르고, 게이트절연막(36), 게이트전극(37) 및 게이트하드마스크막(38)이 순차적으로 적층된 구조의 게이트(39)를 형성할 수 있다. A gate having a structure in which the
이와 같이, 본 발명은 소자분리막(34)을 스핀온절연막으로 형성하여 라이너질화막 형성공정을 생략함으로써, 핀활성영역(35A)을 형성하기 위한 식각공정시 실리콘기판(31)이 과도식각되는 것을 방지할 수 있다. As such, the present invention prevents the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범 위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.
도 1은 종래기술에 따른 핀트랜지스터를 구비하는 반도체 장치를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a semiconductor device having a pin transistor according to the prior art.
도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 핀트랜지스터를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 도시한 공정단면도. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a pin transistor according to the prior art.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 핀트랜지스터를 구비하는 반도체 장치의 제조방법을 도시한 공정단면도. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a pin transistor according to an embodiment of the present invention.
*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
31 : 실리콘기판 32 : 트렌치31
33 : 측벽산화막 34 : 소자분리막33
35 : 활성영역 35A : 핀활성영역35:
36 : 게이트절연막 37 : 게이트전극36: gate insulating film 37: gate electrode
38 : 게이트하드마스크막 39 : 게이트38: gate hard mask film 39: gate
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090082495A KR20110024480A (en) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | Method for fabricating semiconductor device |
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KR1020090082495A KR20110024480A (en) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | Method for fabricating semiconductor device |
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ID=43932311
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KR1020090082495A KR20110024480A (en) | 2009-09-02 | 2009-09-02 | Method for fabricating semiconductor device |
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KR (1) | KR20110024480A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10157921B2 (en) | 2015-03-03 | 2018-12-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Integrated circuit devices including FIN active areas with different shapes |
-
2009
- 2009-09-02 KR KR1020090082495A patent/KR20110024480A/en not_active Application Discontinuation
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