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KR20070006274A - The manufacturing method of a semiconductor device. - Google Patents

The manufacturing method of a semiconductor device. Download PDF

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KR20070006274A
KR20070006274A KR1020050061447A KR20050061447A KR20070006274A KR 20070006274 A KR20070006274 A KR 20070006274A KR 1020050061447 A KR1020050061447 A KR 1020050061447A KR 20050061447 A KR20050061447 A KR 20050061447A KR 20070006274 A KR20070006274 A KR 20070006274A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
forming
pitch
recess
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020050061447A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
백경윤
고용선
서전석
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020050061447A priority Critical patent/KR20070006274A/en
Publication of KR20070006274A publication Critical patent/KR20070006274A/en
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Abstract

반도체 장치의 제조 방법으로, 우선 기판 상에 제1 피치를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 부분적으로 식각함으로서 리세스부를 형성한다. 상기 기판 및 리세스부의 표면에 연속적으로 게이트 산화막을 형성한다. 상기 게이트 산화막 상에 상기 리세스부를 채우도록 게이트 도전막을 형성한다. 다음에, 상기 게이트 도전막의 일부를 식각함으로서, 상기 제1 피치의 1/2인 제2 피치를 갖고, 제1 측벽이 기판 상에 위치하고 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽이 상기 리세스부 저면 상에 위치하는 게이트 전극을 형성하는 것을 포함한다. 상기 방법에 의해 제조되는 트랜지스터의 경우, 채널 길이가 게이트 선폭에 비해 길어져 동작 특성이 양호하다. In the method of manufacturing a semiconductor device, a mask pattern having a first pitch is first formed on a substrate. The recess is formed by partially etching the substrate using the mask pattern as an etching mask. A gate oxide film is formed continuously on the surface of the substrate and the recess portion. A gate conductive layer is formed on the gate oxide layer to fill the recess. Next, by etching a portion of the gate conductive film, a second sidewall having a second pitch that is 1/2 of the first pitch and having a first sidewall disposed on a substrate and facing the first sidewall is the recessed portion. Forming a gate electrode located on the bottom surface. In the case of the transistor manufactured by the above method, the channel length is longer than the gate line width, and the operation characteristics are good.

Description

반도체 장치의 제조 방법.{Method for manufacturing a semiconductor device}A method for manufacturing a semiconductor device.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

100 : 반도체 기판 103 : 제1 하드 마스크막100 semiconductor substrate 103 first hard mask film

104 : 제1 하드 마스크 패턴 105 : 포토레지스트 패턴104: first hard mask pattern 105: photoresist pattern

106 : 리세스부 108 : 게이트 산화막106: recessed portion 108: gate oxide film

110 : 예비 제1 도전막 110a : 제1 도전막 110: preliminary first conductive film 110a: first conductive film

110b : 제1 도전막 패턴 112 : 제2 도전막 110b: first conductive film pattern 112: second conductive film

112a : 제2 도전막 패턴 114 : 제2 하드 마스크막112a: second conductive film pattern 114: second hard mask film

114a : 제2 하드 마스크 패턴 116 : 제2 포토레지스트 패턴 114a: second hard mask pattern 116: second photoresist pattern

120 : 게이트 전극 122 : 스페이서120: gate electrode 122: spacer

124 : 소오스/드레인 124 Source / Drain

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리세스된 게이트 전극을 포함하는 반도체 장치의 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 semiconductor device including a recessed gate electrode.

최근, 반도체 장치가 고집적화되어 감에 따라, 패턴의 선폭 및 패턴과 패턴 사이의 거리도 매우 작아지고 있다. 특히, 반도체 장치의 제조 시에 주로 기판상에 형성되는 트랜지스터의 게이트 전극의 선폭이 매우 작아지고 있다. In recent years, as semiconductor devices have become highly integrated, the line width of the pattern and the distance between the pattern and the pattern have also become very small. In particular, the line width of the gate electrode of a transistor mainly formed on a substrate during manufacture of a semiconductor device is very small.

상기 게이트 전극의 선폭 감소로 인해, 트랜지스터의 동작 특성을 확보하는 것이 더욱 어려워지고 있다. 특히, 디램 장치의 경우 누설 전류의 증가로 인해 리프레쉬 특성이 매우 열화되는 등의 문제가 심각하게 발생되고 있다. Due to the reduction in the line width of the gate electrode, it is more difficult to secure the operating characteristics of the transistor. In particular, in the case of the DRAM device, a problem such as the deterioration of the refresh characteristics due to the increase of the leakage current is seriously generated.

상기와 같은 문제들을 극복하기 위하여 상기 게이트 전극의 구조를 플레너 타입에서 리세스 타입으로 변경하는 등의 연구가 계속적으로 이루어지고 있다. 상기와 같이, 게이트 전극의 구조를 리세스 타입으로 형성하는 경우 소오스/드레인간의 채널 경로가 길어지게 됨으로서 누설 전류가 감소되고 이로 인해 리프레쉬 특성이 매우 향상될 수 있다. In order to overcome the above problems, researches such as changing the structure of the gate electrode from the planar type to the recess type have been continuously conducted. As described above, when the structure of the gate electrode is formed in the recess type, the channel path between the source and the drain becomes long, so that the leakage current may be reduced, thereby improving the refresh characteristic.

상기 리세스된 게이트 전극 구조를 형성하기 위해서는 상기 게이트 전극의 선폭보다 더 작은 내부 폭을 갖는 리세스부를 형성하여야 한다. 그러나, 상기 게이트 전극의 선폭이 현재의 노광 장비의 한계치에 근접하여 있으므로, 상기 게이트 전극의 선폭보다 더 작은 내부 폭을 갖는 리세스부를 형성하기 위해서는 현재의 노광 장비로 패터닝한 이 후에 포토레지스트의 열적 플로우 공정이나 케미컬 첨가 공정 등을 수행함으로서 공정을 진행하고 있다. 그러나, 상기와 같이 후속 처리를 통해 리세스부의 내부 폭을 감소시키는 경우 리세스부의 내부 폭의 재현성을 기대하 기가 어려우며, 리세스부가 정상적으로 형성되지 않거나 리세스부의 위치가 쉬프트되는 등의 문제가 계속적으로 발생하게 된다. In order to form the recessed gate electrode structure, a recess portion having an inner width smaller than the line width of the gate electrode should be formed. However, since the line width of the gate electrode is close to the limit of the current exposure equipment, in order to form a recess having an inner width smaller than the line width of the gate electrode, the thermal resistance of the photoresist is patterned after patterning with the current exposure equipment. A process is advanced by performing a flow process, a chemical addition process, etc. However, when the inner width of the recess portion is reduced through the subsequent processing as described above, it is difficult to expect reproducibility of the inner width of the recess portion, and problems such as the recess portion not being formed normally or the position of the recess portion are shifted continuously. Will occur.

따라서, 누설 전류 특성 및 리프레쉬 특성을 확보할 수 있으면서 사진 공정에 의한 불량을 감소시킬 수 있는 리세스된 게이트 전극을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need for a method of manufacturing a semiconductor device having a recessed gate electrode capable of securing leakage current characteristics and refresh characteristics while reducing defects caused by a photo process.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 간단한 공정에 의해 누설 전류 특성 및 리프레쉬 특성을 확보할 수 있는 게이트 전극을 갖는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a gate electrode capable of securing leakage current characteristics and refresh characteristics by a simpler process.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법으로서, 우선 기판 상에 제1 피치를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 부분적으로 식각함으로서 리세스부를 형성한다. 상기 기판 및 리세스부의 표면에 연속적으로 게이트 산화막을 형성한다. 상기 게이트 산화막 상에 상기 리세스부를 채우도록 게이트 도전막을 형성한다. 다음에, 상기 게이트 도전막의 일부를 식각함으로서, 상기 제1 피치의 1/2인 제2 피치를 갖고, 제1 측벽이 기판 상에 위치하고 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽이 상기 리세스부 저면 상에 위치하는 게이트 전극을 형성한다. As a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, first, a mask pattern having a first pitch is formed on a substrate. The recess is formed by partially etching the substrate using the mask pattern as an etching mask. A gate oxide film is formed continuously on the surface of the substrate and the recess portion. A gate conductive layer is formed on the gate oxide layer to fill the recess. Next, by etching a portion of the gate conductive film, a second sidewall having a second pitch that is 1/2 of the first pitch and having a first sidewall disposed on a substrate and facing the first sidewall is the recessed portion. A gate electrode is formed on the bottom surface.

상기 공정에 의하면, 게이트 전극의 제1 측벽은 기판 상에 위치하고 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽은 상기 리세스부 저면 상에 위치한다. 그러므로, 상기 리세스부의 내부 폭은 상기 게이트 전극의 선폭보다 더 크게 형성된다. 또한, 상기 리세스부들 간의 피치는 상기 게이트 전극의 피치의 2배가 된다. 상기와 같이, 종래에 비해 리세스부의 내부 폭이 증가됨으로서, 통상적인 사진 공정에 의해서도 충분히 상기 리세스부를 형성할 수 있다. 이로 인해, 상기 리세스부를 형성할 시에 빈번하게 발생되었던 불량을 감소시킬 수 있다. According to the process, the first sidewall of the gate electrode is located on the substrate and the second sidewall facing the first sidewall is located on the bottom surface of the recess. Therefore, the inner width of the recess portion is larger than the line width of the gate electrode. In addition, the pitch between the recesses is twice the pitch of the gate electrode. As described above, since the inner width of the recess portion is increased as compared with the related art, the recess portion can be sufficiently formed even by a conventional photographic process. For this reason, the defect which frequently occurred at the time of forming the recess can be reduced.

또한, 상기 리세스부의 형성에 의해 채널 경로가 수직 방향으로 충분히 길어지게 됨으로서 누설 전류를 감소시킬 수 있으며 이로 인해 리프레쉬 특성 향상을 기대할 수 있다. In addition, by forming the recess portion, the channel path is sufficiently long in the vertical direction, thereby reducing leakage current, thereby improving refresh characteristics.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 대상물의 "상에", "상부에" 또는 "하에", "하부에"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 상기 대상물의 상부면 또는 하부면과 직접적으로 접하면서 형성될 수도 있고, 상기 대상물 상에 추가적으로 다른 구조물들이 형성된 상태에서 상기 대상물 상부 또는 하부에 형성될 수도 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrates, layers (films), regions, patterns or structures are shown in greater detail than actual for clarity of the invention. In the present invention, when referred to as being formed "on", "upper" or "under", "lower" of an object, it may be formed while directly contacting the upper or lower surface of the object. In the state where additional structures are formed on the object, the object may be formed above or below the object.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 본 실시예에서는 디램 장치의 셀 트랜지스터를 제조하는 방법을 설명한다. 1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. In this embodiment, a method of manufacturing a cell transistor of a DRAM device will be described.

도 1을 참조하면, 반도체 기판에 소자 분리막 패턴을 형성함으로서 액티브 영역 및 필드 영역을 구분한다. Referring to FIG. 1, an active region and a field region are distinguished by forming an isolation layer pattern on a semiconductor substrate.

보다 구체적으로 설명하면, 우선 반도체 기판 상에 패드 산화막(도시안됨) 및 소자 분리용 하드 마스크막(도시안됨)을 형성한다. 상기 패드 산화막은 실리콘 산화물을 사용하여 형성하고, 상기 소자 분리용 하드 마스크막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성할 수 있다. More specifically, first, a pad oxide film (not shown) and a device isolation hard mask film (not shown) are formed on a semiconductor substrate. The pad oxide layer may be formed using silicon oxide, and the hard mask layer for device isolation may be formed using silicon nitride.

다음에, 사진 식각 공정을 수행하여 상기 소자 분리용 하드 마스크막을 패터닝함으로서 소자 분리용 하드 마스크 패턴(도시안됨)을 형성한다. Next, a photolithography process is performed to pattern the device isolation hard mask layer to form a device isolation hard mask pattern (not shown).

상기 소자 분리용 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판(100)을 식각함으로서 소자 분리용 트렌치를 형성한다.The device isolation trench is formed by etching the semiconductor substrate 100 using the device isolation hard mask pattern as an etching mask.

상기 소자 분리용 트렌치의 측면 및 저면에 트렌치 내벽 산화막(도시안됨)을 형성한다. 그리고, 상기 트렌치 내벽 산화막(도시안됨) 및 상기 소자 분리용 하드 마스크 패턴의 표면에 질화막 라이너를 형성한다. A trench inner wall oxide film (not shown) is formed on the side and bottom of the device isolation trench. A nitride film liner is formed on surfaces of the trench inner wall oxide layer (not shown) and the device isolation hard mask pattern.

다음에, 상기 소자 분리용 트렌치 내부를 매립하도록 절연막을 증착하고 상기 절연막을 연마함으로서 소자 분리막 패턴을 완성한다. 사용할 수 있는 상기 절연막의 예로는 HDP 산화막, 열산화막, TEOS막 또는 USG막등을 들 수 있다. 상기 절연막은 단독으로 형성되거나 또는 2 이상을 적층시켜 형성될 수 있다. Next, an insulating film is deposited to fill the inside of the isolation trench and the insulating film is polished to complete the device isolation pattern. Examples of the insulating film that can be used include HDP oxide film, thermal oxide film, TEOS film or USG film. The insulating film may be formed alone, or may be formed by stacking two or more.

이 후, 상기 소자 분리용 하드 마스크 패턴을 제거한다. 상기 공정을 통해 기판은 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분된다. Thereafter, the hard mask pattern for device isolation is removed. Through the above process, the substrate is divided into an active region and a field region.

상기 액티브 영역 및 필드 영역이 구분된 기판 상에 제1 하드 마스크막(103)을 형성한다. 상기 제1 하드 마스크막(103)은 상기 반도체 기판(100)과 서로 다른 식각 선택비를 갖는 물질을 사용하여 형성한다. 상기 제1 하드 마스크막(103)은 상 기 반도체 기판을 식각할 시에 상기 제1 하드 마스크막(103)이 거의 식각되지 않는 특성을 갖는 물질을 사용하여 형성한다. 구체적으로, 상기 제1 하드 마스크막(103)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 사용하여 형성할 수 있다. The first hard mask layer 103 is formed on the substrate in which the active region and the field region are separated. The first hard mask layer 103 is formed using a material having an etching selectivity different from that of the semiconductor substrate 100. The first hard mask layer 103 is formed using a material having a property that the first hard mask layer 103 is hardly etched when the semiconductor substrate is etched. In detail, the first hard mask layer 103 may be formed using silicon oxide or silicon nitride.

상기 제1 하드 마스크막(103) 상에 포토레지스트막(도시안됨)을 코팅한다. 상기 포토레지스트막에 노광 및 현상 공정을 수행함으로서 제1 하드 마스크 패턴이 형성될 영역을 선택적으로 마스킹하는 포토레지스트 패턴(105)을 형성한다. 상기 제1 하드 마스크 패턴은 게이트 전극의 리세스 부위를 정의한다. 구체적으로, 상기 제1 하드 마스크 패턴에 의해 선택적으로 노출된 부위는 상기 게이트 전극의 리세스 부위가 된다. A photoresist film (not shown) is coated on the first hard mask film 103. An exposure and development process is performed on the photoresist film to form a photoresist pattern 105 for selectively masking a region where a first hard mask pattern is to be formed. The first hard mask pattern defines a recessed portion of the gate electrode. Specifically, a portion selectively exposed by the first hard mask pattern is a recess portion of the gate electrode.

이 때, 상기 포토레지스트 패턴(105)들은 제1 피치(P1)를 갖도록 배치된다. 여기서, 상기 제1 피치(P1)는 목표한 게이트 전극의 피치인 제2 피치의 2배이다. In this case, the photoresist patterns 105 are disposed to have a first pitch P1. Here, the first pitch P1 is twice the second pitch which is the pitch of the target gate electrode.

설명한 것과 같이, 상기 게이트 전극의 피치의 2배의 피치로 포토레지스트 패턴(105)을 형성하므로, 리세스부를 형성하기 위한 사진 공정 시의 공정 마진을 매우 증가시킬 수 있다. As described above, since the photoresist pattern 105 is formed at a pitch twice the pitch of the gate electrode, the process margin during the photolithography process for forming the recess portion can be greatly increased.

도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(105)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제1 하드 마스크막(도 1, 103)을 식각함으로서 제1 하드 마스크막 패턴(104)을 형성한다. 이 때, 상기 제1 하드 마스크 패턴(104)은 상기 제1 피치(P1)를 갖도록 배치된다. Referring to FIG. 2, the first hard mask layers 104 are formed by etching the first hard mask layers (FIGS. 1 and 103) using the photoresist pattern 105 as an etching mask. In this case, the first hard mask pattern 104 is disposed to have the first pitch P1.

다음에, 상기 포토레지스트 패턴(105)을 에싱 및 스트립 공정을 통해 제거한다. Next, the photoresist pattern 105 is removed through an ashing and stripping process.

본 실시예에서는, 상기 제1 하드 마스크 패턴(104)이 상기 액티브 영역을 제1 방향으로 가로지르는 라인 형상을 갖도록 형성된다. 그러나, 상기 제1 하드 마스크 패턴(104)은 상기 액티브 영역을 제1 방향으로 가로지르는 고립된 패턴 형상을 갖도록 형성될 수도 있음을 알려둔다. In the present exemplary embodiment, the first hard mask pattern 104 is formed to have a line shape crossing the active region in the first direction. However, it is noted that the first hard mask pattern 104 may be formed to have an isolated pattern shape that traverses the active region in the first direction.

도 3을 참조하면, 상기 제1 하드 마스크 패턴(104)을 식각 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판(100)을 식각함으로서 리세스부(106)를 형성한다. 상기 리세스부(106)는 목표한 게이트 전극의 선폭의 1.2 내지 2.8배의 내부 폭을 갖는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3, the recess portion 106 is formed by etching the semiconductor substrate 100 using the first hard mask pattern 104 as an etching mask. The recess portion 106 preferably has an internal width of 1.2 to 2.8 times the line width of the target gate electrode.

본 실시예에서는, 상기 제1 하드 마스크 패턴(104)을 사용하여 리세스부를 형성하였으나, 다른 예로서 상기 제1 하드 마스크 패턴(104)을 형성하지 않고 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 리세스부(106)를 형성할 수도 있음을 알려둔다. In the present exemplary embodiment, the recess portion is formed using the first hard mask pattern 104, but as another example, the photoresist pattern is used as an etch mask without forming the first hard mask pattern 104. Note that the recessed portion 106 may be formed.

도 4를 참조하면, 리세스부(106)가 형성되어 있는 반도체 기판(100)에 게이트 산화막(108)을 형성한다. Referring to FIG. 4, a gate oxide film 108 is formed on the semiconductor substrate 100 on which the recess portion 106 is formed.

상기 게이트 산화막(108)은 열산화 공정을 통해 형성할 수 있다. 이 경우에는, 상기 액티브 영역의 기판 상부면 및 리세스부(106)의 측면과 저면에 연속적으로 상기 게이트 산화막(108)이 형성되고, 상기 필드 영역에는 게이트 산화막(108)이 형성되지 않는다. The gate oxide layer 108 may be formed through a thermal oxidation process. In this case, the gate oxide film 108 is continuously formed on the upper surface of the substrate and the side and bottom surfaces of the recess 106 in the active region, and the gate oxide film 108 is not formed in the field region.

다른 방법으로, 상기 게이트 산화막(108)은 상기 실리콘 산화물에 비해 높은 유전율을 갖는 금속 산화물을 증착시켜 형성할 수 있다. 이 때, 상기 증착 공정은 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 등을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 도시되지는 않았지만, 상기 액티브 영역 및 필드 영역의 기판 상부면 및 리세스부(106)의 측면과 저면에 연속적으로 상기 게이트 산화막(108)이 형성된다. Alternatively, the gate oxide layer 108 may be formed by depositing a metal oxide having a higher dielectric constant than the silicon oxide. At this time, the deposition process may be applied to the chemical vapor deposition process, atomic layer deposition process and the like. In this case, although not shown, the gate oxide film 108 is continuously formed on the upper surface of the substrate and the side and bottom surfaces of the recess portion 106 in the active region and the field region.

상기 게이트 산화막(108)이 형성되어 있는 기판 상에 상기 리세스부(106) 내부를 완전히 매립하도록 예비 제1 도전막(110)을 증착한다. 상기 예비 제1 도전막(110)은 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)공정을 통해 불순물이 도핑된 폴리실리콘 물질을 증착시켜 형성할 수 있다. 상기 불순물 도핑은 POCl3 확산, 이온주입, 또는 인-시튜 도핑 방법으로 수행할 수 있다. 상기 폴리실리콘을 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)공정을 통해 증착시키는 경우, 스탭 커버러지 특성이 양호하여 상기 리세스부(106) 내부에 보이드를 생성시키지 않으면서 상기 예비 제1 도전막(110)을 매립할 수 있다. The preliminary first conductive layer 110 is deposited on the substrate on which the gate oxide layer 108 is formed to completely fill the recess 106. The preliminary first conductive layer 110 may be formed by depositing a polysilicon material doped with impurities through a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process. The impurity doping may be performed by POCl 3 diffusion, ion implantation, or in-situ doping. When the polysilicon is deposited through a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process, the step coverage property is good, and thus the preliminary first is formed without generating voids in the recess 106. The conductive film 110 may be buried.

도 5를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 수행하여 상기 예비 제1 도전막(110)의 상부 표면을 연마함으로서, 상부면이 평탄한 제1 도전막(110a)을 형성한다. Referring to FIG. 5, the upper surface of the preliminary first conductive layer 110 is polished by performing a chemical mechanical polishing process to form a first conductive layer 110a having a flat upper surface.

상기 제1 도전막(110a) 상에 상기 제1 도전막(110a)에 비해 낮은 저항을 갖는 제2 도전막(112)을 증착한다. 구체적으로, 상기 제2 도전막(112)은 금속 또는 금속 실리사이드 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제2 도전막(112)은 텅스텐 실리사이드 물질을 사용하여 형성한다. A second conductive layer 112 having a lower resistance than the first conductive layer 110a is deposited on the first conductive layer 110a. In detail, the second conductive layer 112 may be formed using a metal or a metal silicide material. In the present embodiment, the second conductive layer 112 is formed using a tungsten silicide material.

다음에, 상기 제2 도전막(112) 상에 제2 하드 마스크막(114)을 형성한다. 상기 제2 하드 마스크막(114)은 실리콘 질화물을 증착시켜 형성할 수 있다. Next, a second hard mask film 114 is formed on the second conductive film 112. The second hard mask layer 114 may be formed by depositing silicon nitride.

도 6을 참조하면, 상기 제2 하드 마스크막(114) 상에 포토레지스트막(도시안됨)을 코팅한다. 다음에, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상함으로서 게이트 전극을 패터닝하기 위한 제2 포토레지스트 패턴(116)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴(116)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제2 하드 마스크막(114)을 식각함으로서 제2 하드 마스크 패턴(114a)을 형성한다. 이 때, 상기 제2 하드 마스크 패턴(114a)들의 피치, 즉 제2 피치(P2)는 상기 제1 피치(P1)의 1/2이 된다.Referring to FIG. 6, a photoresist film (not shown) is coated on the second hard mask layer 114. Next, the second photoresist pattern 116 for patterning the gate electrode is formed by exposing and developing the photoresist film. The second hard mask pattern 114a is formed by etching the second hard mask layer 114 using the second photoresist pattern 116 as an etching mask. In this case, the pitch of the second hard mask patterns 114a, that is, the second pitch P2 is 1/2 of the first pitch P1.

이 후에, 도시하지는 않았지만, 상기 제2 포토레지스트 패턴(116)을 에싱 및 스트립 공정을 통해 제거한다. Thereafter, although not shown, the second photoresist pattern 116 is removed through an ashing and stripping process.

도 7을 참조하면, 상기 제2 하드 마스크 패턴(114a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제2 도전막(도 6, 112) 및 제1 도전막(도 6, 110a)을 순차적으로 식각함으로서, 제1 측벽이 기판 상에 위치하고 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽이 상기 리세스부 저면 상에 위치하는 게이트 전극을 형성한다. Referring to FIG. 7, the second conductive layers (FIGS. 6 and 112) and the first conductive layers (FIGS. 6 and 110 a) are sequentially etched using the second hard mask pattern 114 a as an etching mask. A first sidewall is disposed on the substrate and a second sidewall facing the first sidewall forms a gate electrode positioned on a bottom surface of the recess.

상기 게이트 전극(120)은 제1 도전막 패턴(110b) 및 상기 제1 도전막 패턴(110b)에 비해 저저항을 갖는 제2 도전막 패턴(112a)이 적층된 형상을 갖는다. 이 때, 상기 게이트 전극(120)들 간의 피치, 즉 제2 피치(P2)는 상기 제1 피치의 1/2이 된다. The gate electrode 120 has a shape in which a first conductive layer pattern 110b and a second conductive layer pattern 112a having a lower resistance than the first conductive layer pattern 110b are stacked. In this case, the pitch between the gate electrodes 120, that is, the second pitch P2 is 1/2 of the first pitch.

상기와 같이 게이트 전극(120)을 형성하는 경우, 완성된 MOS 트랜지스터는 상기 리세스부(106)의 측벽 및 저면을 따라 채널이 형성된다. 그러므로, 게이트 전 극의 선폭에 비해 긴 채널 길이를 갖게 되고, 이로 인해 쇼트 채널 효과 및 누설 전류가 감소된다. When the gate electrode 120 is formed as described above, channels of the completed MOS transistors are formed along sidewalls and bottom surfaces of the recess portion 106. Therefore, it has a long channel length compared to the line width of the gate electrode, which reduces the short channel effect and leakage current.

도 8을 참조하면, 상기 게이트 전극(120), 제2 하드 마스크 패턴(114a) 및 상기 게이트 산화막(108) 상에 스페이서용 질화막(도시안됨)을 증착하고 이를 이방성으로 식각함으로서, 상기 게이트 전극(120) 및 제2 하드 마스크 패턴(114a)의 측벽에 스페이서(122)를 형성한다. Referring to FIG. 8, a spacer nitride layer (not shown) is deposited on the gate electrode 120, the second hard mask pattern 114a, and the gate oxide layer 108, and then anisotropically etched to form the gate electrode ( The spacer 122 is formed on sidewalls of the 120 and the second hard mask pattern 114a.

다음에, 상기 게이트 전극(120) 및 스페이서(122)가 형성되어 있는 기판에 불순물을 이온 주입함으로서, 상기 게이트 전극(120) 양측의 기판 표면 아래에 소오스 및 드레인(124)을 형성한다. 상기 소오스 및 드레인(124)은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 서로 대향하게 위치하게 된다. 그리고, 상기 소오스/드레인 중 어느 한 부분은 상기 기판 상부 표면 아래에 위치하게 되고, 나머지 한 부분은 상기 리세스부 저면 아래에 위치하게 된다. 본 실시예에서는, 상기 드레인(124a)은 기판 상부 표면 아래에 위치하고, 상기 소오스(124b)는 리세스부 저면 아래에 위치한다. Next, by implanting impurities into the substrate on which the gate electrode 120 and the spacer 122 are formed, the source and the drain 124 are formed under the substrate surface on both sides of the gate electrode 120. The source and drain 124 may be disposed to face each other in a second direction perpendicular to the first direction. One portion of the source / drain is positioned under the upper surface of the substrate, and the other portion is positioned under the bottom of the recess portion. In this embodiment, the drain 124a is located below the upper surface of the substrate, and the source 124b is located below the bottom of the recess.

본 실시예의 방법에 의하면, 상기 게이트 전극의 피치의 2배의 피치를 갖는 마스크 패턴을 사용하여 리세스부를 형성할 수 있다. 그러므로, 사진 공정의 마진을 증가시킬 수 있어 리세스부 형성 시에 발생할 수 있는 불량들을 감소시킬 수 있다. According to the method of the present embodiment, the recess portion can be formed using a mask pattern having a pitch twice the pitch of the gate electrode. Therefore, the margin of the photolithography process can be increased to reduce defects that may occur when forming recesses.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리세스부를 갖는 기판 표면 아래를 따 라 채널이 형성됨으로서 게이트 전극의 선폭에 비해 긴 채널 길이를 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다. 이로 인해, 상기 반도체 장치의 MOS 트랜지스터에서 쇼트 채널 효과 및 누설 전류가 감소되어 동작 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the channel is formed under the substrate surface having the recessed portion, whereby a semiconductor device having a longer channel length than the line width of the gate electrode can be manufactured. As a result, the short channel effect and the leakage current in the MOS transistor of the semiconductor device can be reduced to improve operating characteristics.

또한, 사진 공정 시의 마진을 증가시킬 수 있어 리세스부 형성 시에 발생할 수 있는 공정 불량을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 반도체 장치의 제조 수율의 향상을 기대할 수 있다. In addition, it is possible to increase the margin during the photolithography process, thereby reducing process defects that may occur during the formation of the recess. For this reason, the improvement of the manufacturing yield of a semiconductor device can be anticipated.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.

Claims (5)

기판 상에 제1 피치를 갖는 마스크 패턴을 형성하는 단계; Forming a mask pattern having a first pitch on the substrate; 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 부분적으로 식각함으로서 리세스부를 형성하는 단계;Forming a recess by partially etching the substrate using the mask pattern as an etching mask; 상기 기판 및 리세스부의 표면에 연속적으로 게이트 산화막을 형성하는 단계;Continuously forming a gate oxide film on surfaces of the substrate and the recess portion; 상기 게이트 산화막 상에 상기 리세스부를 채우도록 게이트 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a gate conductive layer on the gate oxide layer to fill the recess; And 상기 게이트 도전막의 일부를 식각함으로서, 상기 제1 피치의 1/2인 제2 피치를 갖고, 제1 측벽이 기판 상에 위치하고 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽이 상기 리세스부 저면 상에 위치하는 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. By etching a portion of the gate conductive layer, a second sidewall having a second pitch equal to 1/2 of the first pitch and having a first sidewall disposed on a substrate and facing the first sidewall is formed on the bottom surface of the recess portion. Forming a gate electrode located thereon. 제1항에 있어서, 상기 리세스부의 내부 폭은 상기 게이트 전극의 선폭의 1.2 내지 2.8배 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein an inner width of the recess is 1.2 to 2.8 times the line width of the gate electrode. 제1항에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하는 단계는, The method of claim 1, wherein the forming of the mask pattern comprises: 상기 기판 상에 마스크막을 형성하는 단계; Forming a mask film on the substrate; 상기 마스크막 상에 게이트 전극의 피치의 2배인 포토레지스트 패턴을 형성 하는 단계; 및Forming a photoresist pattern on the mask layer twice the pitch of the gate electrode; And 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 마스크막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And etching the mask film by using the photoresist pattern as an etching mask. 제1항에 있어서, 상기 게이트 도전막을 형성하는 단계는, The method of claim 1, wherein the forming of the gate conductive layer comprises: 상기 기판 상에 상기 리세스부를 채우는 예비 제1 도전막을 형성하는 단계; Forming a preliminary first conductive layer filling the recess portion on the substrate; 상기 예비 제1 도전막을 연마하여 상부면이 평탄화된 제1 도전막을 형성하는 단계; 및Polishing the preliminary first conductive film to form a first conductive film having an upper surface flattened thereon; And 상기 제1 도전막 상에 상기 제1 도전막보다 낮은 저항을 갖는 제2 도전막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. Forming a second conductive film on the first conductive film, the second conductive film having a lower resistance than the first conductive film. 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극의 양측에 위치하는 기판 및 리세스부 저면에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising forming a source / drain region on a bottom surface of the substrate and the recessed portions positioned at both sides of the gate electrode.
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