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KR20060062525A - Method of manufacturing semiconductor device having recess gate - Google Patents

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KR20060062525A
KR20060062525A KR1020040101390A KR20040101390A KR20060062525A KR 20060062525 A KR20060062525 A KR 20060062525A KR 1020040101390 A KR1020040101390 A KR 1020040101390A KR 20040101390 A KR20040101390 A KR 20040101390A KR 20060062525 A KR20060062525 A KR 20060062525A
Authority
KR
South Korea
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forming
gate
trench
layer
pad
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020040101390A
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Korean (ko)
Inventor
최웅
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
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.)
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Publication date
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Priority to KR1020040101390A priority Critical patent/KR20060062525A/en
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명은 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 리세스 게이트 형성과정은 반도체 기판 위에 패드 산화막 및 패드 질화막 패턴을 형성하여 소자분리영역과 활성영역을 정의하는 단계와, 상기 소자분리영역의 실리콘 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 제1 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제1 트렌치 내에 갭필산화막을 매립하여 소자분리막을 형성하는 단계와, 상기 활성 영역의 패드 질화막 위에 리세스 영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 활성 영역의 패드 질화막과 패드 산화막 및 반도체 기판의 소정 깊이까지 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제2 트렌치의 내벽에 게이트 산화막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 산화막이 형성된 결과물 전면에 도전막 및 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 절연막을 상기 패드 질화막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하여 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 활성영역 위의 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거하는 단계와, 상기 게이트 전극의 측벽에 게이트 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 패드 산화막과 패드 질화막을 제거한 곳에 소스와 드레인을 형성하는 단계와, 상기 소스와 드레인을 연결하는 플러그를 생성하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate. The recess gate forming process of the present invention includes forming a pad oxide layer and a pad nitride layer pattern on a semiconductor substrate to define an isolation region and an active region. Etching the silicon substrate of the device isolation region by a predetermined depth to form a first trench; forming a device isolation layer by filling a gap fill oxide layer in the first trench; and forming a recess region on the pad nitride layer of the active region. Defining a photoresist pattern, forming a second trench by etching the photoresist pattern with an etch mask to a predetermined depth of the pad nitride layer, the pad oxide layer, and the semiconductor substrate of the active region, and forming an inner wall of the second trench; Forming a gate oxide film on the substrate, and conducting conductivity over the entire surface of the product on which the gate oxide film is formed; Forming a film and an insulating film sequentially; forming a gate electrode by chemical mechanical polishing the insulating film until the upper surface of the pad nitride film is exposed; and removing the pad nitride film and the pad oxide film over the active region. And forming a gate spacer on sidewalls of the gate electrode, forming a source and a drain where the pad oxide layer and the pad nitride layer are removed, and generating a plug connecting the source and the drain.

리세스 게이트, 다마신, 오정렬, 플러그Recess gate, damascene, misalignment, plug

Description

리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법{Method of manufacturing semiconducter with gate of recess gate}A method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate {Method of manufacturing semiconducter with gate of recess gate}

도1 내지 도18c는 본 발명의 일실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체소자의 제조 방법을 보여주기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다. 1 to 18C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to an embodiment of the present invention.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***** ***** Explanation of symbols for main parts of drawing *****

1: 반도체 기판 2: 패드 산화막1: semiconductor substrate 2: pad oxide film

3: 패드질화막 4: 제1 감광막 패턴3: pad nitride film 4: first photosensitive film pattern

5: 소자 분리막 6: 제2 감광막 패턴5: device isolation layer 6: second photoresist pattern

7: 게이트 산화막 8: 게이트 도전막7: gate oxide film 8: gate conductive film

9: 게이트 상부 절연막 10: 게이트 스페이서 9: gate upper insulating film 10: gate spacer

11: 플러그 11: plug

본 발명은 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고집적화에 따른 디램 메모리 셀에 있어서, 리세스 영역과 게이트 패턴 형성 영역의 오정렬을 방지하여 소자의 특성을 안정화하고, 자체 정렬되는 플러그 를 형성할 수 있는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate, and more particularly, in a DRAM memory cell according to high integration, to prevent misalignment of a recess region and a gate pattern formation region, thereby stabilizing device characteristics, and A method for manufacturing a semiconductor device having a recess gate capable of forming an aligned plug.

최근 고집적 메모리나 고집적 소자(ULSI)를 제조하기 위해 반도체 소자의 크기 및 디자인 룰을 점차 축소하고 있다. 그런데 메모리 소자 제조기술의 디자인 룰이 0.1μm 이하가 됨에 따라 메모리 소자, 특히 DRAM 의 경우 충분한 데이터 보유시간(Retention time)을 확보하기가 어려워지고 있다. 이는 소자의 크기가 감소함에 따라 증가된 도핑 농도에 의해 전계강도가 증가하여, 그 결과 정합(junction)부분의 누설전류(leakage current)가 증가하기 때문이다. Recently, in order to manufacture a highly integrated memory or a highly integrated device (ULSI), the size and design rules of semiconductor devices are gradually reduced. However, as the design rule of the memory device manufacturing technology is less than 0.1μm, it is difficult to secure sufficient data retention time in the case of memory devices, especially DRAM. This is because as the size of the device decreases, the electric field strength increases due to the increased doping concentration, and as a result, the leakage current of the junction portion increases.

이에 따라, 반도체 기판을 식각하여 채널 형성부위에 요철을 만드는, 이른바 리세스 게이트(recess gate)를 이용하여 채널길이를 증가시키는 방법이 연구되고 있다. Accordingly, a method of increasing the channel length by using a so-called recess gate that etches a semiconductor substrate to form irregularities in the channel formation portion has been studied.

일반적인 종래 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법은 먼저, 실리콘 기판 위에 소자분리막을 형성하여 소자 분리 영역과 활성 영역을 구분 한 다음, 활성 영역의 기판 위에 게이트의 리세스 영역을 정의하는 마스크를 형성하고, 이를 식각 마스크로 실리콘 기판을 소정 두께만큼 식각하여 트렌치를 형성한다. 그리고, 기판 위에 일반적인 게이트 형성 공정 즉, 게이트 산화막, 게이트 전극 및 하드 마스크를 순차 적층한 다음, 그 위에 트렌치와 중첩하도록 게이트 형성 영역을 정의하는 마스크를 형성하고, 이를 식각 마스크로 하드 마스크, 게이트 전극 및 게이트 산화막을 식각하여 게이트 패턴을 형성한다. 그 다음, 게이트 패턴의 측벽에 게이트 스페이서를 형성하고, 소스와 드레인을 연결할 플러그를 형성한다.In general, a method of fabricating a semiconductor device having a recess gate, first, forming a device isolation layer on a silicon substrate to separate a device isolation region from an active region, and then forming a mask defining a recess region of the gate on the substrate of the active region. Then, the silicon substrate is etched by a predetermined thickness using an etching mask to form a trench. In addition, a general gate forming process, that is, a gate oxide layer, a gate electrode, and a hard mask are sequentially stacked on the substrate, and then a mask defining a gate formation region is formed on the substrate to overlap the trench, and the mask is formed as an etching mask. And etching the gate oxide layer to form a gate pattern. Next, a gate spacer is formed on sidewalls of the gate pattern, and a plug for connecting a source and a drain is formed.

앞서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 의해 제조된 리세스 게이트를 갖는 반도체 소 자는 활성 영역의 게이트 형성 영역에 대응하는 위치의 실리콘 기판 내에 소정 깊이를 가지는 트렌치를 가짐으로써, 채널의 길이가 트렌치의 프로파일을 따라 길게 형성하여 소자의 고집적화에 따른 단채널 효과의 발생을 최소화하고 있다.As described above, the semiconductor element having the recess gate manufactured by the prior art has a trench having a predetermined depth in the silicon substrate at a position corresponding to the gate formation region of the active region, so that the length of the channel is defined by the profile of the trench. As a result, a short channel effect is minimized due to high integration of the device.

그러나, 종래 리세스 게이트를 갖는 트랜지스터의 제조 방법은 제1 마스크 공정에 의해 기판 내에 리세스 하기 위한 트렌치를 먼저 형성한 다음, 트렌치가 형성된 기판에 제2 마스크 공정을 진행하여 트렌치와 중첩하는 게이트 패턴을 형성한다. 이와 같이, 두 번에 걸친 마스크 공정은 디램 메모리 셀의 고집적화로 인하여 상기 트렌치 위에 정확히 일치되게 게이트 패턴을 정렬시키는데 어려움이 있다. 즉, 상기 트렌치와 게이트 패턴이 오정렬 되어 소자의 특성이 불안정해지는 문제가 있다.However, in the conventional method of manufacturing a transistor having a recess gate, a trench for recessing the substrate is first formed by a first mask process, and then a second mask process is performed on the substrate on which the trench is formed to overlap the trench. To form. As such, the two-time mask process has difficulty in aligning the gate pattern exactly on the trench due to the high integration of DRAM memory cells. That is, there is a problem that the characteristics of the device are unstable because the trench and the gate pattern are misaligned.

한편, 반도체 기판내에 플러그를 형성하기 위한 식각(etching) 공정을 진행하기 위해서는 충분한 면적을 확보해야한다. 그러나 전술한바와 같이 디자인 룰이 작아짐에 따라 소자의 크기도 작아져 식각공정에서 플러그를 형성하기 위한 면적을 확보할 수 없는 문제가 있다.Meanwhile, a sufficient area must be secured in order to proceed with an etching process for forming a plug in the semiconductor substrate. However, as described above, as the design rule decreases, the size of the device also decreases, and thus there is a problem that an area for forming a plug in the etching process cannot be secured.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고집적화에 따른 디램 메모리 셀에 있어서, 리세스 영역과 게이트 패턴 형성 영역을 다마신 방법에 의해 정렬시켜 소자의 특성을 안정화시킬수 있는 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a DRAM memory cell according to high integration, a recess gate capable of stabilizing device characteristics by aligning a recess region and a gate pattern formation region by a damascene method is disclosed. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a structure.

또한 패드 질화막을 이용하여 게이트 전극에 손상을 주지 않고 자체 정렬되는 플러그를 형성하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object is to form a plug that is self-aligned without damaging the gate electrode by using the pad nitride film.

상기한 목적 달성을 위해 본 발명은 반도체 기판 위에 패드 산화막 및 패드 질화막 패턴을 형성하여 소자분리영역과 활성영역을 정의하는 단계와, 상기 소자분리영역의 실리콘 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 제1 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제1 트렌치 내에 갭필산화막을 매립하여 소자분리막을 형성하는 단계와, 상기 활성 영역의 패드 질화막 위에 리세스 영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 활성 영역의 패드 질화막과 패드 산화막 및 반도체 기판의 소정 깊이까지 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제2 트렌치의 내벽에 게이트 산화막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 산화막이 형성된 결과물 전면에 도전막 및 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 절연막을 상기 패드 질화막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하여 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 활성영역 위의 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거하는 단계와, 상기 게이트 전극의 측벽에 게이트 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 패드 산화막과 패드 질화막을 제거한 곳에 소스와 드레인을 형성하는 단계와, 상기 소스와 드레인을 연결하는 플러그를 생성하는 단계를 포함하는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of forming a pad oxide layer and a pad nitride layer pattern on a semiconductor substrate to define an isolation region and an active region, and etching the silicon substrate of the isolation region by a predetermined depth to form a first trench. Forming a device isolation layer by filling a gap fill oxide layer in the first trench, forming a photoresist pattern defining a recessed region on the pad nitride layer of the active region, and etching the photoresist pattern as an etch mask Forming a second trench by etching the pad nitride layer, the pad oxide layer, and the semiconductor substrate in the active region to a predetermined depth; forming a gate oxide layer on an inner wall of the second trench; Sequentially forming a conductive film and an insulating film on the pad; Forming a gate electrode by chemical mechanical polishing until the upper surface of the layer is exposed, removing the pad nitride layer and the pad oxide layer on the active region, forming a gate spacer on the sidewall of the gate electrode; A method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate, the method comprising: forming a source and a drain where the pad oxide film and the pad nitride film are removed, and generating a plug connecting the source and the drain.

여기서, 상기 소자분리막을 형성하는 단계는 상기 제1 트렌치가 매몰되도록 산화막을 증착하는 단계와, 갭필 산화막을 상기 패드 질화막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하는 단계를 포함하고, 상기 스페이서를 형성하는 단계는 상기 게이트 전극이 형성된 기판 전면에 절연물을 증착하는 단계와, 상기 절연물을 선택적 식각하여 게이트 전극의 측면에만 잔류시키는 단계를 포함한다. 다만, 상기 제1 트렌치의 깊이는 상기 제2 트렌치의 깊이보다 더 깊게 이루어지는 것이 바람직하다.The forming of the device isolation layer may include depositing an oxide layer such that the first trench is buried, and chemically polishing the gap fill oxide layer to a point at which the upper surface of the pad nitride layer is exposed. The method may include depositing an insulator on the entire surface of the substrate on which the gate electrode is formed, and selectively etching the insulator to leave only the side of the gate electrode. However, the depth of the first trench is preferably made deeper than the depth of the second trench.

또한, 상기 플러그를 형성하는 단계는 상기 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거한 곳에 플러그 물질을 증착하는 단계와, 상기 플러그 물질을 상기 게이트 전극 절연막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하는 단계를 포함하거나 선택적 성장법에 의해 폴리실리콘을 증착한 후, 그 위에 도핑된 폴리실리콘을 증착하는 단계와, 상기 도핑된 폴리실리콘을 상기 게이트 전극 절연막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.In addition, the forming of the plug may include the steps of depositing a plug material where the pad nitride film and the pad oxide film are removed, and chemically or mechanically polishing the plug material to a point where an upper surface of the gate electrode insulating layer is exposed. Depositing polysilicon by a growth method, and then depositing doped polysilicon thereon, and chemically mechanically polishing the doped polysilicon to a point where the upper surface of the gate electrode insulating film is exposed. Can be.

이하 도면에 따라 상기 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이를 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 이 실시예들을 벗어나 다양한 형태로 구현 가능하다. 한편, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be embodied in various forms beyond the embodiments. In addition, like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도 1 내지 도 18c는 본 발명의 실시예에 따른 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1 to 18C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(1) 위에 패드 산화막(2)과 패드 질화막(3)을 순차적으로 형성한다. 그리고 도 2a에 도시한 바와 같이, 그 위에 소자 분리 영역을 정의하는 제1 감광막 패턴(4)을 형성한다. 여기서, 상기 패드 산화막(2) 은 약 100Å 정도의 두께로 증착하여 실리콘 기판(1)과 패드 질화막(3)의 스트레스를 완화하는 역할 및 후속 패드 질화막(3) 제거 시, 식각정지막 역할을 하고, 상기 패드 질화막(3)은 후속 각종 트렌치 식각 공정 시, 식각 마스크 역할을 하거나 화학적기계적연마 공정에서 연마 정지막 역할을 한다.First, as shown in FIG. 1, the pad oxide film 2 and the pad nitride film 3 are sequentially formed on the semiconductor substrate 1. And as shown in FIG. 2A, the 1st photosensitive film pattern 4 which defines an element isolation region is formed on it. In this case, the pad oxide layer 2 is deposited to a thickness of about 100 GPa to relieve stress of the silicon substrate 1 and the pad nitride layer 3 and to serve as an etch stop layer when the subsequent pad nitride layer 3 is removed. The pad nitride layer 3 may serve as an etching mask in subsequent various trench etching processes, or serve as a polishing stop layer in a chemical mechanical polishing process.

이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 제1 감광막 패턴(4)을 식각 마스크로 사용하여 상기 패드 질화막(3) 및 패드 산화막(2)을 순차 식각하여 기판(1) 상부에 소자 분리 영역을 정의한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the pad nitride layer 3 and the pad oxide layer 2 are sequentially etched using the first photoresist pattern 4 as an etching mask to define an isolation region on the substrate 1. do.

그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 패터닝된 패드 질화막(3)을 마스크로 상기 반도체 기판(1)을 소정 깊이로 식각하여 반도체 기판(1) 내에 제1 트렌치를 형성한다As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is etched to a predetermined depth using the patterned pad nitride film 3 as a mask to form a first trench in the semiconductor substrate 1.

그 다음, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 트렌치가 충분히 매립되도록 반도체 기판(1) 전면에 갭필산화막(5) 매립한 다음, 상기 패드 질화막(3)을 식각 정지막으로 이용하여 패드 질화막(3)의 상부 표면이 노출되는 시점까지 상기 갭필산화막(5)을 화학적기계적연마(CMP)한다. 이에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 갭필산화막(5)은 제1 트렌치 내부에만 매립되어 있는 소자 분리막(5)을 형성하고, 소자 분리막(5)은 반도체 기판(1)을 활성 영역과 소자 분리영역으로 구분한다.Next, as shown in FIG. 4, the gap fill oxide film 5 is buried in the entire surface of the semiconductor substrate 1 so as to sufficiently fill the first trench, and then the pad nitride film 3 is used as the etch stop film. The chemical mechanical polishing (CMP) of the gapfill oxide film 5 is performed until the upper surface of (3) is exposed. Accordingly, as shown in FIG. 5, the gap fill oxide film 5 forms the device isolation film 5 embedded only in the first trench, and the device isolation film 5 connects the semiconductor substrate 1 to the active region. It is divided into device isolation regions.

그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 소자 분리막(5)이 형성된 기판(1)의 패드 질화막(3) 위에 리세스 영역을 정의하는 동시에 게이트 형성 영역을 정의하는 제2 감광막 패턴(6)을 형성한다.As shown in FIG. 6, a second photoresist layer pattern 6 defining a recessed region and a gate formation region is defined on the pad nitride layer 3 of the substrate 1 on which the device isolation layer 5 is formed. Form.

이어, 도 7a에 도시한 바와 같이, 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 활성 영역의 패드 질화막(3)과 패드 산화막(2) 및 반도체 기판(1)을 소정 깊이로 식각하여 반도체 기판(1) 내에 제2 트렌치를 형성한다. 여기서, 상기 반도체 기판(1)의 표면을 기준으로 기판(1) 아래에 형성된 제2 트렌치는 리세스 영역을 정의하고, 반도체 기판(1) 위에 패터닝된 패드 질화막(3) 및 패드 산화막(2)은 게이트 형성 영역을 정의한다. 다시 말해서, 본 발명은 패드 질화막(3)을 이용한 다마신(damascene) 기술을 게이트 형성 영역 및 리세스 영역을 정의하는 공정에 적용함으로써, 단 한번의 마스크 공정으로 게이트 형성 영역 및 리세스 영역이 정확히 일치되도록 자기 정렬시킬 수 있다. 이에 따라, 종래의 두 번에 걸친 마스크 공정으로 인하여 게이트 형성 영역 및 리세스 영역이 오정렬되는 문제를 해결하게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 7A, the pad nitride film 3, the pad oxide film 2, and the semiconductor substrate 1 in the active region are etched to a predetermined depth by using the second photoresist pattern as a mask. Form a second trench. Here, the second trench formed under the substrate 1 with respect to the surface of the semiconductor substrate 1 defines a recessed region, and the pad nitride film 3 and the pad oxide film 2 patterned on the semiconductor substrate 1. Defines a gate formation region. In other words, the present invention applies a damascene technique using the pad nitride film 3 to the process of defining the gate formation region and the recess region, so that the gate formation region and the recess region are accurately formed in a single mask process. It can be self-aligned to match. Accordingly, the problem of misalignment of the gate formation region and the recess region due to the conventional two-step mask process is solved.

또한, 상기 제2 트렌치의 깊이는 소자 분리막(5)을 형성하는 제1 트렌치의 깊이에 비해 작은 깊이를 가지게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 트렌치를 형성하기 위한 식각 공정 시, 소자 분리막(5)의 상부 표면 또한 일부분 손실될 수 있으며, 이에 따라, 소자 분리막(5)의 높이는 낮아진다. 이제까지 진행된 공정의 평면도를 도 7b를 통해 확인할 수 있다. In addition, the depth of the second trench is preferably formed to have a smaller depth than the depth of the first trench forming the device isolation layer 5. In addition, during the etching process for forming the second trench, a portion of the upper surface of the device isolation layer 5 may also be lost, so that the height of the device isolation layer 5 is lowered. A plan view of the process that has been performed so far can be confirmed through FIG. 7B.

그 후, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 트렌치가 형성된 기판(1)에 열 산화 공정을 진행하여 제2 트렌치의 내벽에 게이트 산화막(7)을 형성한 다음, 도 9에 도시한 바와 같이, 그 위에 제2 트렌치가 완전히 매립되도록 충분히 두꺼운 두께를 가지는 도전막(8)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 8, a thermal oxidation process is performed on the substrate 1 on which the second trench is formed to form a gate oxide film 7 on the inner wall of the second trench, and as shown in FIG. 9. Similarly, a conductive film 8 having a thickness thick enough to completely fill the second trench is formed thereon.

그리고, 도 10a에 도시한 바와 같이, 상기 도전막(8)을 상기 패드 질화막(3)의 표면이 노출되는 시점까지 화학적기계적연마(CMP)를 한 후, 도전막(8)을 상기 패드 질화막(3) 아래로 에치백(etchback) 한다. 이때, 질화막 손실을 줄이기 위해 화학적기계적연마(CMP) 보다는 에치백(etchback)을 이용하는 것이 바람직하다. 이제까지 진행된 공정의 평면도를 도 10b를 통해 확인할 수 있다. As shown in FIG. 10A, after the conductive film 8 has been subjected to chemical mechanical polishing (CMP) to the time point at which the surface of the pad nitride film 3 is exposed, the conductive film 8 is subjected to the pad nitride film ( 3) Etch back down. In this case, it is preferable to use etchback rather than chemical mechanical polishing (CMP) to reduce nitride film loss. A plan view of the process that has been performed so far can be confirmed through FIG. 10B.

그 후, 도 11에 도시한 바와 같이 도전막(8)을 상부 적층 및 다른 배선공정과 절연시킬 절연막(9)을 증착한 후, 도 12에서와 같이 상기 패드 질화막(3)을 연마 방지막으로 사용하여 게이트 전극 상부의 절연막(9)만 남기고 제거한다.After that, as shown in FIG. 11, an insulating film 9 for insulating the conductive film 8 from the upper lamination and other wiring processes is deposited, and the pad nitride film 3 is used as an anti-polishing film as shown in FIG. Thus, only the insulating film 9 on the gate electrode is removed.

이어, 도 13a에 도시한 바와 같이, 상기 패드 질화막(3) 및 패드 산화막(2)을 제거한다. 한편, 상기 패드 질화막(3) 및 패드 산화막(2) 제거 공정 시, 소자 분리막(5)의 상부 표면 일부분이 제거되어 반도체 기판(1) 표면 위로 드러난 소자 분리막(5)의 높이가 낮아진다. 이제까지 진행된 공정의 평면도를 도 13b를 통해 확인할 수 있다. Next, as shown in FIG. 13A, the pad nitride film 3 and the pad oxide film 2 are removed. Meanwhile, during the process of removing the pad nitride film 3 and the pad oxide film 2, a portion of the upper surface of the device isolation film 5 is removed to lower the height of the device isolation film 5 exposed on the surface of the semiconductor substrate 1. A plan view of the process that has been performed so far can be confirmed through FIG. 13B.

그 후, 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극이 형성된 기판(1)의 전면에 절연물(10)을 증착한 다음, 도 15a에서 도시한 바와 같이, 이를 선택적 식각하여 게이트 전극의 측벽에만 잔류시켜 게이트 스페이서(10)를 형성한다. 이제까지 진행된 공정의 평면도를 도 15b를 통해 확인할 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 14, the insulator 10 is deposited on the entire surface of the substrate 1 on which the gate electrode is formed, and then, as shown in FIG. 15A, it is selectively etched to remain only on the sidewall of the gate electrode. To form the gate spacer 10. A plan view of the process that has been performed so far can be confirmed through FIG. 15B.

이어, 후속 공정으로 게이트 스페이서(10)를 마스크로 기판(1) 내에 소오스/드레인 형성용 이온을 주입하여 소오스/드레인 접합부(도시하지 않음)를 형성한다.Subsequently, a source / drain junction ion (not shown) is formed by implanting ions for forming a source / drain into the substrate 1 using the gate spacer 10 as a mask.

그리고, 도 16에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극이 형성된 기판(1)의 전면에 소스 및 드레인을 형성할 플러그 물질을 증착한 후, 게이트 전극 절연막(9)의 표면이 드러날 때까지 화학기계 화학적기계적연마(CMP) 또는 에치백(etchback)하여 콘 택(11)을 형성한다.(도 17a 참조) 이제까지 진행된 공정의 평면도를 도 17b를 통해 확인할 수 있다. As shown in FIG. 16, after depositing a plug material for forming a source and a drain on the entire surface of the substrate 1 on which the gate electrode is formed, the surface of the gate electrode insulating layer 9 is exposed until the surface of the gate electrode insulating layer 9 is exposed. Mechanical polishing (CMP) or etchback (etchback) to form the contact 11 (see Figure 17a). A plan view of the process so far proceeds can be seen through Figure 17b.

본 발명의 다른 실시예에 따른 플러그의 형성은 우선 도 18a 및 도 18b에서 도시한 바와 같이, 선택적 성장법에 의해 폴리실리콘(12)을 성장 시킨 후, 그 위에 도핑된 폴리실리콘(13)을 증착하는 방법을 사용할 수 있다. In the formation of the plug according to another embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 18A and 18B, first, the polysilicon 12 is grown by a selective growth method, and then the doped polysilicon 13 is deposited thereon. Can be used.

이후, 도 18c에 도시한 바와 같이, 게이트 전극 절연막(9)의 표면이 드러날 때까지 화학기계 화학적기계적연마(CMP) 또는 에치백(etchback)하여 콘택(11)을 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 18C, the contact 11 is formed by chemical mechanical chemical mechanical polishing (CMP) or etchback until the surface of the gate electrode insulating film 9 is exposed.

본 발명에 의하면, 고집적화에 따른 디램 메모리 셀에 있어서, 리세스 영역과 게이트 패턴 형성 영역을 다마신 방법에 의해 정렬시켜 소자의 특성을 안정화시킬수 있는 리세스 게이트를 갖는 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device having a recess gate capable of stabilizing device characteristics by aligning a recess region and a gate pattern formation region by a damascene method in a DRAM memory cell according to high integration can be provided. It can be effective.

또한 패드 질화막을 이용하여 게이트 전극에 손상을 주지 않고 자체 정렬되는 플러그를 형성할 수 있는 효과도 있다.

In addition, the pad nitride film may also be used to form a self-aligned plug without damaging the gate electrode.

Claims (6)

반도체 기판 위에 패드 산화막 및 패드 질화막 패턴을 형성하여 소자분리영역과 활성영역을 정의하는 단계와,Defining a device isolation region and an active region by forming a pad oxide layer and a pad nitride layer pattern on the semiconductor substrate; 상기 소자분리영역의 실리콘 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 제1 트렌치를 형성하는 단계와,Etching the silicon substrate of the device isolation region by a predetermined depth to form a first trench; 상기 제1 트렌치 내에 갭필산화막을 매립하여 소자분리막을 형성하는 단계와,Filling the gap fill oxide layer in the first trench to form an isolation layer; 상기 활성 영역의 패드 질화막 위에 리세스 영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern defining a recessed region on the pad nitride layer of the active region; 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 활성 영역의 패드 질화막과 패드 산화막 및 반도체 기판의 소정 깊이까지 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계와;Etching the pad nitride layer, the pad oxide layer, and the semiconductor substrate in the active region using the photoresist pattern as an etch mask to form a second trench; 상기 제2 트렌치의 내벽에 게이트 산화막을 형성하는 단계와;Forming a gate oxide film on an inner wall of the second trench; 상기 게이트 산화막이 형성된 결과물 전면에 도전막 및 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와;Sequentially forming a conductive film and an insulating film on the entire surface of the resultant product in which the gate oxide film is formed; 상기 절연막을 상기 패드 질화막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하여 게이트 전극을 형성하는 단계와;Chemically and mechanically polishing the insulating layer until the upper surface of the pad nitride layer is exposed to form a gate electrode; 상기 활성영역 위의 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거하는 단계와;Removing the pad nitride film and the pad oxide film over the active region; 상기 게이트 전극의 측벽에 게이트 스페이서를 형성하는 단계와;Forming a gate spacer on sidewalls of the gate electrode; 상기 패드 산화막과 패드 질화막을 제거한 곳에 소스와 드레인을 형성하는 단계와;Forming a source and a drain where the pad oxide film and the pad nitride film are removed; 상기 소스와 드레인을 연결하는 플러그를 생성하는 단계;Generating a plug connecting the source and the drain; 를 포함하여 이루어지는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법.A semiconductor device manufacturing method having a recess gate comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 제1 트렌치의 깊이는 상기 제2 트렌치의 깊이보다 더 깊게 이루어지는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법.The method of claim 1, wherein a depth of the first trench is deeper than a depth of the second trench. 제 1항에 있어서, 상기 소자분리막을 형성하는 단계는 상기 제1 트렌치가 매몰되도록 산화막을 증착하는 단계와;The method of claim 1, wherein forming the device isolation layer comprises: depositing an oxide layer to bury the first trench; 상기 갭필 산화막을 상기 패드 질화막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하는 단계를 포함하는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법.And chemically polishing the gap fill oxide layer to a point where the upper surface of the pad nitride layer is exposed. 제 1항에 있어서, 상기 스페이서를 형성하는 단계는 상기 게이트 전극이 형성된 기판 전면에 절연물을 증착하는 단계와;The method of claim 1, wherein the forming of the spacers comprises: depositing an insulator on an entire surface of the substrate on which the gate electrode is formed; 상기 절연물을 선택적 식각하여 게이트 전극의 측면에만 잔류시키는 단계를 포함하는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법.Selectively etching the insulator and leaving only the side surface of the gate electrode to form a recess gate. 제 1항에 있어서, 상기 플러그를 형성하는 단계는 상기 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거한 곳에 플러그 물질을 증착하는 단계와;The method of claim 1, wherein forming the plug comprises: depositing a plug material where the pad nitride film and the pad oxide film are removed; 상기 플러그 물질을 상기 게이트 전극 절연막의 상부 표면이 드러나는 시점 까지 화학적기계적 연마하는 단계를 포함하는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법.And chemically polishing the plug material until the upper surface of the gate electrode insulating layer is exposed. 제 1항에 있어서, 상기 플러그를 형성하는 단계는 선택적 성장법에 의해 폴리실리콘을 성장시키는 단계와, The method of claim 1, wherein the forming of the plug comprises: growing polysilicon by a selective growth method; 상기 폴리실리콘 위에 도핑된 폴리실리콘을 증착하는 단계와;Depositing doped polysilicon over the polysilicon; 상기 도핑된 폴리실리콘을 상기 게이트 전극 절연막의 상부 표면이 드러나는 시점까지 화학적기계적 연마하는 단계를 포함하는 리세스 게이트를 갖는 반도체소자 제조 방법.And chemically polishing the doped polysilicon until the upper surface of the gate electrode insulating layer is exposed.
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