[go: up one dir, main page]

KR20060130322A - Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof - Google Patents

Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20060130322A
KR20060130322A KR1020050050936A KR20050050936A KR20060130322A KR 20060130322 A KR20060130322 A KR 20060130322A KR 1020050050936 A KR1020050050936 A KR 1020050050936A KR 20050050936 A KR20050050936 A KR 20050050936A KR 20060130322 A KR20060130322 A KR 20060130322A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
trench
fin
mask
vertical channel
field effect
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Withdrawn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
KR1020050050936A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김광옥
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020050050936A priority Critical patent/KR20060130322A/en
Publication of KR20060130322A publication Critical patent/KR20060130322A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/62Fin field-effect transistors [FinFET]
    • H10D30/6212Fin field-effect transistors [FinFET] having fin-shaped semiconductor bodies having non-rectangular cross-sections
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/024Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of fin field-effect transistors [FinFET]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/01Manufacture or treatment
    • H10D64/025Manufacture or treatment forming recessed gates, e.g. by using local oxidation
    • H10D64/027Manufacture or treatment forming recessed gates, e.g. by using local oxidation by etching at gate locations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/512Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
    • H10D64/513Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 트랜지스터의 크기 축소에 따른 단채널 효과를 방지하면서 채널 면적을 확보할 수 있는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판의 액티브 영역이 수직으로 돌출되고, 수직으로 돌출된 상기 액티브 영역의 일부에 트렌치가 형성된 핀(fin)과, 상기 핀의 단차를 따라 형성된 터널 산화막와, 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 형성된 게이트 전극와, 상기 액티브 영역을 제외한 상기 기판의 필드 영역에 형성된 소자 분리막을 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 제공한다. The present invention provides a field effect transistor having a vertical channel capable of securing a channel area while preventing short channel effects due to the size reduction of the transistor, and a method of manufacturing the same. On the tunnel oxide film so as to overlap with the trench in a direction intersecting the fin, and a fin formed with a trench in a portion of the active region which protrudes in a vertical direction and vertically protrudes. A field effect transistor having a vertical channel including a gate electrode formed and an isolation layer formed in a field region of the substrate except for the active region is provided.

Description

수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법{FIELD EFFECT TRANSISTOR HAVING VERTICAL CHANNEL AND METHOD THEREOF}Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method therefor {FIELD EFFECT TRANSISTOR HAVING VERTICAL CHANNEL AND METHOD THEREOF}

도 1은 일반적인 핀(fin) 구조를 갖는 전계 효과 트랜지스터를 간략하게 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a field effect transistor having a general fin structure.

도 2는 일반적인 트렌치형(trench type) 트랜지스터를 간략하게 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing a typical trench type transistor.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직 채널형 전계 효과 트랜지스터를 설명하기 위하여 도시한 사시도.3 is a perspective view illustrating a vertical channel type field effect transistor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 'U'자형 핀(fin)을 형성하기 위한 과정을 설명하기 위하여 도 3에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 사시도.4A and 4B are enlarged perspective views illustrating a portion 'A' shown in FIG. 3 to explain a process for forming a 'U' fin according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터를 도시한 TEM 사진.5A and 5B are TEM photographs showing field effect transistors according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 평면도.6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a field effect transistor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 10의 각 (a)는 도 6에 도시된 A-A' 절취선을 따라 도시한 공정 단면도.(A) of FIG. 7 thru | or 10 is process sectional drawing along the AA 'cut line shown in FIG.

도 7 내지 도 10의 각 (b)는 도 6에 도시된 B-B' 절취선을 따라 도시한 공정 단면도.(B) of FIG. 7 to FIG. 10 is a cross sectional view taken along the line BB ′ shown in FIG. 6.

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

100 : 기판100: substrate

110 : 액티브 영역110: active area

111 : 패드 산화막111: pad oxide film

112 : 패드 질화막112: pad nitride film

113 : 소자 분리막113: device isolation layer

114 : 핀 마스크114: pin mask

116 : 리세스 마스크116: recess mask

118 : 'U'자형 핀118: 'U' pin

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor) 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a field effect transistor having a vertical channel and a method of manufacturing the same.

일반적으로 트랜지스터에 널리 적용된 수평채널을 갖는 트랜지스터는 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 여러가지 문제를 유발시켜 트랜지스터의 축소에 한계가 있다. 축소된 수평채널 트랜지스터의 가장 큰 문제점으로 채널의 길이가 짧아져 발생하는 단채널 효과 및 DIBL(Drain Induced Barrier Lower) 효과 등을 들 수 있다. 통상적인 트랜지스터에서 채널의 길이가 50nm 이하로 축소되면 공정변수에 의해 소자 특성의 산포도가 높아지면서 채널길이가 30nm 이하일 경우 단채널 효과 및 DIBL 효과가 극심해져 트랜지스터가 정상적으로 동작하기 어려운 것으로 알려져 있다. In general, a transistor having a horizontal channel widely applied to a transistor causes various problems as the design rule is reduced, thereby limiting the reduction of the transistor. The biggest problems of the reduced horizontal channel transistors include short channel effects and drain induced barrier lower (DIBL) effects caused by shorter channel lengths. In conventional transistors, when the channel length is reduced to 50 nm or less, the dispersion of device characteristics is increased by process variables, and when the channel length is 30 nm or less, the short channel effect and the DIBL effect become severe and it is known that the transistor is difficult to operate normally.

수평채널 트랜지스터의 문제점을 극복하기 위하여 이중 게이트 트랜지스터(double gate transistor)가 제안되었다. 이중 게이트 트랜지스터는 30nm 이하의 두께를 갖는 채널과, 이 채널을 감싸거나, 이 채널의 양측에 게이트가 배치된 구조를 갖는다. In order to overcome the problems of horizontal channel transistors, double gate transistors have been proposed. The double gate transistor has a channel having a thickness of 30 nm or less, and a structure surrounding the channel or having gates disposed on both sides of the channel.

전술한 수평채널 트랜지스터는 게이트 전극이 수평채널의 상부에만 형성됨으로써 채널에는 상하 비대칭적으로 전계가 인가되어 게이트 전극에 의해 트랜지스터의 온/오프(on/off) 동작을 효과적으로 제어하는데 많은 어려움이 있다. 그 결과, 채널 크기가 축소될 수록 단채널 효과의 영향은 그 만큼 커지게 된다. 이에 반해, 수직채널을 갖는 이중 게이트 트랜지스터는 얇은 채널의 양측에 게이트 전극이 형성되기 때문에 채널의 모든 영역은 게이트 전극의 영향을 받게 된다. 따라서, 트랜지스터가 오프일 때 소오스 및 드레인 사이의 전하 흐름을 억제할 수 있기 때문에 전력소모를 감소시킬 수 있고, 트랜지스터의 온/오프 동작을 효과적으로 제어할 수 있다. In the above-described horizontal channel transistor, since the gate electrode is formed only on the upper portion of the horizontal channel, an electric field is vertically asymmetrically applied to the channel, and thus there is a lot of difficulty in effectively controlling the on / off operation of the transistor by the gate electrode. As a result, the smaller the channel size, the greater the influence of the short channel effect. In contrast, in the double gate transistor having the vertical channel, since gate electrodes are formed on both sides of the thin channel, all regions of the channel are affected by the gate electrode. Therefore, since the charge flow between the source and the drain can be suppressed when the transistor is off, power consumption can be reduced, and the on / off operation of the transistor can be effectively controlled.

수직채널을 갖는 트랜지스터 중 하나가 Fin-FET 소자이다. 일반적인 Fin-FET 소자가 도 1에 도시되었다. 도 1에 도시된 바와 같이, Fin-FET 소자는 소자 분리막(3) 간의 기판 상부가 핀(fin)(2) 형태로 형성된 구조를 가지며, 이 핀(2)의 양측면이 모두 채널로 기능하고, 이를 통해 채널 면적을 증가시켜 단채널 효과 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 바디 이펙트(body effect)를 감소시킬 수는 있으나, 채널 길이를 증가시키는데는 한계가 있다. 한편, 수직채널을 갖는 트랜지스터 중 다른 하나가 도 2에 도시된 트렌치(trench)형(또는, 리세스(recess)형) 트랜지스터이다. 트렌치형 트랜지스터는 Fin-FET 소자와 달리 게이트 길이와 상관없이 문턱전압(Threshold Voltage)이 결정되는 트랜지스터 구조를 갖는다. 그러나, 문턱전압이 낮아지거나, 단채널 효과를 트렌치형 트랜지스터만큼 자유롭게 해결할 수는 없다. One transistor with a vertical channel is a Fin-FET device. A typical Fin-FET device is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the Fin-FET device has a structure in which upper portions of the substrates between the device isolation layers 3 are formed in the form of fins 2, and both sides of the fins 2 function as channels. This can solve the short channel effect problem by increasing the channel area. However, such a structure can reduce the body effect, but there is a limit to increasing the channel length. On the other hand, another of the transistors having a vertical channel is a trench type (or recess type) transistor shown in FIG. Unlike fin-FET devices, trench-type transistors have a transistor structure in which a threshold voltage is determined regardless of the gate length. However, the threshold voltage is lowered or the short channel effect cannot be solved freely as a trench transistor.

한편, 도 1에서 도시된 참조번호 '4'는 게이트 전극이고, 도 2에서 도시된 참조번호 '11'는 기판, '12'는 트렌치, '13'은 소자 분리막, '14'는 게이트 전극이다. Meanwhile, reference numeral '4' illustrated in FIG. 1 is a gate electrode, reference numeral '11' illustrated in FIG. 2 is a substrate, '12' is a trench, '13' is an isolation layer, and '14' is a gate electrode. .

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 트랜지스터의 크기 축소에 따른 단채널 효과를 방지하면서 채널 면적을 확보할 수 있는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and a field effect transistor having a vertical channel capable of securing a channel area while preventing a short channel effect due to the size reduction of the transistor and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.

상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 기판의 액티브 영역이 수직으로 돌출되고, 수직으로 돌출된 상기 액티브 영역의 일부에 트렌치가 형성된 핀(fin)과, 상기 핀의 단차를 따라 형성된 터널 산화막와, 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 형성된 게이트 전극와, 상기 액티브 영역을 제외한 상기 기판의 필드 영역에 형성된 소자 분리막을 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 제공한다. According to an aspect of the present invention, an active region of a substrate protrudes vertically, and a fin is formed in a portion of the active region that protrudes vertically, and a fin is formed along a step. A field effect transistor having a vertical channel including a formed tunnel oxide film, a gate electrode formed on the tunnel oxide film so as to overlap the trench in a direction crossing the fin, and an isolation layer formed in a field region of the substrate except the active region; to provide.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 소자 분리막이 형성된 기판을 제공하는 단계와, 핀 마스크를 이용한 제1 식각공정을 실시하여 상기 소자 분리막을 리세스시켜 상기 기판의 액티브 영역이 돌출되는 핀을 형성하는 단계와, 리세스 마스크를 이용한 제2 식각공정을 실시하여 상기 핀의 일부에 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치의 단차를 따라 터널 산화막을 형성하는 단계와, 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate on which an isolation layer is formed, and performing a first etching process using a fin mask to recess the isolation layer to activate the substrate. Forming a fin in which a region protrudes, forming a trench in a portion of the fin by performing a second etching process using a recess mask, forming a tunnel oxide film along a step of the trench, and A method of manufacturing a field effect transistor having a vertical channel includes forming a gate electrode on the tunnel oxide layer so as to overlap the trench in a direction crossing a fin.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 소자 분리막이 형성된 기판을 제공하는 단계와, 리세스 마스크를 이용한 제1 식각공정을 실시하여 상기 기판의 액티브 영역의 일부에 트렌치를 형성하는 단계와, 핀 마스크를 이용한 제2 식각공정을 실시하여 상기 소자 분리막을 리세스시켜 상기 트렌치가 형성된 상기 액티브 영역이 돌출되는 핀을 형성하는 단계와, 상기 트렌치의 단차를 따라 터널 산화막을 형성하는 단계와, 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate in which an isolation layer is formed, and a first etching process using a recess mask is performed to form a trench in a portion of the active region of the substrate. And forming a fin to protrude the active region in which the trench is formed by recessing the device isolation layer by performing a second etching process using a fin mask, and forming a tunnel oxide layer along the step difference of the trench. And forming a gate electrode on the tunnel oxide layer so as to overlap the trench in a direction crossing the fins.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.

실시예Example

도 3, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터를 설명하기 위하여 도시한 사시도 및 그 단면도이다. 여기서, 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 공정 단면도이다. 3, 4A, and 4B are perspective views and cross-sectional views illustrating a field effect transistor having a vertical channel according to a preferred embodiment of the present invention. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating an enlarged view of a portion 'A' illustrated in FIG. 3.

도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터는 필드 영역에 형성된 소자 분리막(113)을 식각하여 일정한 형태로 핀(fin)을 형성한 상태에서 리세스용 마스크를 이용한 식각공정을 실시하여 핀이 형성된 액티브 영역(110)의 일부를 식각하여 'U'자형 핀(118)을 형성한다. As shown in FIGS. 3, 4A, and 4B, in the field effect transistor according to the preferred embodiment of the present invention, the device isolation layer 113 formed in the field region is etched to form a fin in a constant shape. An etching process using a recess mask is performed to etch a portion of the active region 110 in which the fin is formed to form a 'U'-shaped fin 118.

이처럼 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터는 종래의 핀 공정과 리세스 공정을 병행하여 'U'자형 핀(118) 구조를 형성한다. 즉, 핀을 형성한 후 게이트 하부의 실리콘 기판을 리세스시켜 'U'자형 핀(118) 구조를 형성함으로써 종래의 핀 구조를 통해 얻는 채널 길이에 더하여 리세스 공정을 통해 형성된 핀(118)을 통해 채널 길이를 확보하여 단채널 효과를 방지하는 동시에 채널 면적을 확보할 수 있다. As described above, the field effect transistor according to the preferred embodiment of the present invention forms a 'U'-shaped fin 118 structure in parallel with the conventional fin process and the recess process. That is, after the fin is formed, the silicon substrate under the gate is recessed to form a 'U'-shaped fin 118 structure, so that the fin 118 formed through the recess process is added to the channel length obtained through the conventional fin structure. The channel length can be secured to prevent short channel effects and to secure the channel area.

도 5a 및 도 5b는 실제로 핀 구조와 리세스 구조가 병행된 'U'자형 핀 구조를 구현한 후 각각 'X'축 방향(게이트 전극과 나란한 방향)과 'Y'축 방향(게이트 전극과 교차하는 방향)으로 촬영한 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진이다. 5A and 5B show the 'U'-shaped fin structure in which the fin structure and the recess structure are actually parallel, and then the' X 'axis direction (the direction parallel to the gate electrode) and the' Y 'axis direction (the intersection with the gate electrode), respectively. TEM (Transmission Electron Microscope) photograph taken in

한편, 도 5b에서 도시된 참조번호 '111'은 패드 산화막이고, '112'는 패드 질화막이다. Meanwhile, reference numeral '111' illustrated in FIG. 5B is a pad oxide film, and '112' is a pad nitride film.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a field effect transistor according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터를 설명하기 위하여 도시한 평면도이고, 도 7 내지 도 10은 전계효과 트랜지스터의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 여기서, 각 도면의 (a)는 도 6에 도시된 A-A' 절취선을 따라 도시한 단면도이고, (b)는 도 6에 도시된 B-B' 절취선을 따라 도시한 단면도이다. 6 is a plan view illustrating a field effect transistor according to a preferred embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 10 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field effect transistor. Here, (a) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 6, and (b) is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 6.

먼저, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 패드 산화막(111)과 패드 질화막(112)을 순차적을 증착한 후 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 실시하여 필드 영역에 소자 분리막(113)을 형성한다. 이로써, 필드 영역과 액티브 영역(110)이 정의된다. 6 and 7, the pad oxide layer 111 and the pad nitride layer 112 are sequentially deposited on the semiconductor substrate 100, and then a shallow trench isolation (STI) process is performed to the field region. The device isolation layer 113 is formed. Thus, the field region and the active region 110 are defined.

예컨대, STI 공정은 다음과 같은 과정으로 진행된다. 먼저, 패드 질화막(112) 상부에 감광막 패턴(미도시)을 형성한 후 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 패드 질화막(112), 패드 산화막(111) 및 기판(100)을 식각한다. 그런 다음, 식각공정에 의해 기판(100) 내에 형성된 트렌치(trench, 미도시)가 매립도록 HDP(High Density Plasma) 산화막을 증착한 후 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 트렌치 내부에 고립된 소자 분리막(113)을 형성한다. For example, the STI process proceeds as follows. First, a photoresist pattern (not shown) is formed on the pad nitride layer 112, and an etching process using the photoresist pattern as an etching mask is performed to etch the pad nitride layer 112, the pad oxide layer 111, and the substrate 100. do. Then, an HDP (High Density Plasma) oxide film is deposited so as to fill trenches (not shown) formed in the substrate 100 by an etching process, and then a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is performed to isolate the device inside the trench. The separator 113 is formed.

이어서, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 액티브 영역(110)을 제외한 소자 분리막(113)이 형성된 영역이 노출되는 감광막 패턴(114)(이하, 핀 마스크라 함)을 형성한 후 이 핀 마스크(114)를 이용한 식각공정(115)을 실시하여 소자 분리막(113)을 일정 깊이로 리세스(recess)시켜 액티브 영역(110)이 도출되는 핀 구조를 형성한다. 이때, 핀 마스크(114)는 식각공정(115) 후 형성된 핀의 단방향 폭의 임 계치수(Critical Dimension, CD)가 80nm 이하가 되도록 그 임계치수를 제어하는 것이 바람직하고, 소자 분리막(113)은 적어도 500Å의 깊이로 리세스되도록 식각공정(115)을 제어한다. Subsequently, as shown in FIGS. 6 and 8, after forming the photoresist pattern 114 (hereinafter referred to as a fin mask) to expose the region where the device isolation layer 113 is formed except the active region 110, the fin is formed. An etching process 115 using the mask 114 is performed to recess the device isolation layer 113 to a predetermined depth to form a fin structure from which the active region 110 is derived. In this case, the fin mask 114 preferably controls the critical dimension so that the critical dimension (CD) of the unidirectional width of the fin formed after the etching process 115 is 80 nm or less, and the device isolation layer 113 is The etching process 115 is controlled to be recessed to a depth of at least 500 mm 3.

한편, 핀 형성공정은 하드 마스크 스킴(hard mask scheme)을 적용할 수도 있다. 이 경우, 패드 질화막(112) 상부에 폴리 실리콘막, 질화막, 산화막, 아모르퍼스 카본막(amorphous carbon) 또는 SiLK(제품명)으로 이루어진 하드 마스크(미도시)를 증착한 후 그 상부에 핀 마스크(114)를 형성한다. 그런 다음, 핀 마스크(114)를 이용한 식각공정을 실시하여 우선적으로 하드 마스크를 식각한 후 식각된 하드 마스크를 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 소자 분리막(113)을 리세스시켜 핀 구조를 형성한다. Meanwhile, the fin forming process may apply a hard mask scheme. In this case, a hard mask (not shown) made of a polysilicon film, a nitride film, an oxide film, an amorphous carbon film, or SiLK (product name) is deposited on the pad nitride film 112, and then the fin mask 114 is formed thereon. ). Then, an etching process using the fin mask 114 is performed first to etch the hard mask, and then an etching process using the etched hard mask as an etching mask is performed to recess the device isolation layer 113 to form a fin structure. do.

이어서, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 실시하여 핀 마스크(114, 도 8참조)을 제거한다.6 and 9, a strip process is performed to remove the fin mask 114 (see FIG. 8).

이어서, 핀 구조로 돌출된 액티브 영역(110)의 일부가 노출된 감광막 패턴(116)(이하, 리세스 마스크라 함)을 형성한 후 이 리세스 마스크(116)를 이용한 식각공정(117)을 실시하여 액티브 영역(110)의 일부를 리세스시켜 트렌치 구조의 'U'자형 핀(118)을 형성한다. 이때, 리세스 마스크(116)는 핀 마스크(114)의 임계치수보다 작은 임계치수, 예컨대 적어도 10nm 이상 작은 임계치수를 가지며, 바람직하게는 70nm의 임계치수를 갖는다. 또한, 식각공정(117)을 통해 리세스되는 액티브 영역(110)의 깊이는 도 8에서 식각공정(115)을 통해 리세스된 소자 분리막(113)의 깊이보다 얕도록 하며, 바람직하게는 소자 분리막(113)의 리세스된 깊이보다 적어 도 50Å 이상 얕도록 형성한다. Subsequently, after forming a photoresist pattern 116 (hereinafter referred to as a recess mask) in which a portion of the active region 110 protruding into the fin structure is formed, an etching process 117 using the recess mask 116 is performed. In some embodiments, a portion of the active region 110 is recessed to form a 'U'-shaped fin 118 having a trench structure. At this time, the recess mask 116 has a threshold smaller than the threshold of the fin mask 114, for example, at least 10 nm or smaller, and preferably has a threshold of 70 nm. In addition, the depth of the active region 110 recessed through the etching process 117 is shallower than the depth of the device isolation layer 113 recessed through the etching process 115 in FIG. 8, preferably, the device isolation layer. It is formed to be at least 50 kPa shallower than the recessed depth of 113.

한편, 식각공정(117)시 손상된 액티브 영역(110)을 보상하기 위하여 건식식각공정을 실시할 수도 있다. Meanwhile, a dry etching process may be performed to compensate for the damaged active region 110 during the etching process 117.

이어서, 도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 실시하여 리세스 마스크(116)를 제거한다.6 and 10, a strip process is performed to remove the recess mask 116.

이어서, 패드 질화막(112) 및 패드 산화막(111)을 식각하여 제거한다. 이로써, 동도면에 도시된 바와 같이, 'U'자형 핀(118)이 형성된다. 한편, 도 10에서 '118a'와 118b'는 별도의 층을 증착한 것이 아니라, 이해를 돕기 위하여 채널 영역을 표시한 것이다. 즉, 'U'자형 핀(118)의 내측벽과 저면은 모두 채널 영역에 해당된다. 이로써, 종래의 핀 구조에 비해 핀(118)의 채널 길이를 증가시켜 단채널 효과를 방지할 수 있다. Subsequently, the pad nitride film 112 and the pad oxide film 111 are etched and removed. As a result, the U-shaped pin 118 is formed as shown in the same figure. Meanwhile, in FIG. 10, '118a' and 118b 'do not deposit separate layers, but indicate channel regions for better understanding. That is, both the inner wall and the bottom of the 'U'-shaped fin 118 correspond to the channel region. As a result, the short channel effect can be prevented by increasing the channel length of the fin 118 compared to the conventional fin structure.

이어서, 도시되진 않았지만, 핀(118)을 포함하는 전체 구조 상부의 단차를 따라 터널 산화막을 형성한 후 핀(118)을 교차하도록 상기 터널 산화막 상에 게이트 전극(200)을 형성한다. Subsequently, although not shown, a tunnel oxide film is formed along a step of the upper portion of the entire structure including the fin 118, and then a gate electrode 200 is formed on the tunnel oxide film so as to intersect the fin 118.

한편, 상기에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 핀 마스크를 이용하여 핀 식각공정을 먼저 진행한 다음 리세스 마스크를 이용하여 리세스 식각공정을 진행하였으나, 이는 일례로서 리세스 마스크를 이용하여 리세스 식각공정을 먼저 진행한 다음 핀 마스크를 이용하여 핀 식각공정을 실시하여 'U'자형 핀을 형성할 수도 있다. 이 경우 마스크의 임계치수를 포함한 공정조건은 상기에서 설명한 바와 동일하다. Meanwhile, in the above-described preferred embodiment of the present invention, the pin etching process is first performed using the pin mask, and then the recess etching process is performed using the recess mask, which is an example of the recess using the recess mask. The etching process may be performed first, and then a fin etching process may be performed using a pin mask to form a 'U'-shaped fin. In this case, the process conditions including the critical dimension of the mask are the same as described above.

본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 핀 식각공정을 실시하여 액티브 영역을 핀 구조로 형성하여 채널 면적을 확보한 다음 핀 내부에 리세스 식각공정을 실시하여 'U'자형 핀을 형성함으로써 채널 길이를 확보하여 단채널 효과를 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, a channel is formed by performing a fin etching process to form an active region in a fin structure to secure a channel area, and then performing a recess etching process inside the fin to form a 'U' fin. The length can be secured to prevent short channel effects.

Claims (15)

기판의 액티브 영역이 수직으로 돌출되고, 수직으로 돌출된 상기 액티브 영역의 일부에 트렌치가 형성된 핀(fin);A fin in which an active region of the substrate protrudes vertically and a trench is formed in a portion of the active region which protrudes vertically; 상기 핀의 단차를 따라 형성된 터널 산화막;A tunnel oxide film formed along a step of the fin; 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 형성된 게이트 전극; 및A gate electrode formed on the tunnel oxide layer to overlap the trench in a direction crossing the fins; And 상기 액티브 영역을 제외한 상기 기판의 필드 영역에 형성된 소자 분리막An isolation layer formed in the field region of the substrate except for the active region 을 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터.Field effect transistor having a vertical channel comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 트렌치는 상기 핀이 돌출된 높이보다 얕도록 형성된 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터.And the trench has a vertical channel formed to be shallower than the height at which the pin protrudes. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 트렌치의 내측벽부와 저면부는 채널 영역으로 기능하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터.And the inner wall portion and the bottom portion of the trench have vertical channels functioning as channel regions. 소자 분리막이 형성된 기판을 제공하는 단계;Providing a substrate on which an isolation layer is formed; 핀 마스크를 이용한 제1 식각공정을 실시하여 상기 소자 분리막을 리세스시켜 상기 기판의 액티브 영역이 돌출되는 핀을 형성하는 단계;Performing a first etching process using a fin mask to recess the device isolation layer to form a fin protruding from the active region of the substrate; 리세스 마스크를 이용한 제2 식각공정을 실시하여 상기 핀의 일부에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in a portion of the fin by performing a second etching process using a recess mask; 상기 트렌치의 단차를 따라 터널 산화막을 형성하는 단계; 및Forming a tunnel oxide film along the steps of the trench; And 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계Forming a gate electrode on the tunnel oxide layer to overlap the trench in a direction crossing the fins 를 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.Method of manufacturing a field effect transistor having a vertical channel comprising a. 소자 분리막이 형성된 기판을 제공하는 단계;Providing a substrate on which an isolation layer is formed; 리세스 마스크를 이용한 제1 식각공정을 실시하여 상기 기판의 액티브 영역의 일부에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in a portion of the active region of the substrate by performing a first etching process using a recess mask; 핀 마스크를 이용한 제2 식각공정을 실시하여 상기 소자 분리막을 리세스시켜 상기 트렌치가 형성된 상기 액티브 영역이 돌출되는 핀을 형성하는 단계;Performing a second etching process using a fin mask to recess the device isolation layer to form fins protruding the active region in which the trench is formed; 상기 트렌치의 단차를 따라 터널 산화막을 형성하는 단계; 및Forming a tunnel oxide film along the steps of the trench; And 상기 핀을 교차하는 방향으로 상기 트렌치와 중첩되도록 상기 터널 산화막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계Forming a gate electrode on the tunnel oxide layer to overlap the trench in a direction crossing the fins 를 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.Method of manufacturing a field effect transistor having a vertical channel comprising a. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, The method according to claim 4 or 5, 상기 트렌치는 상기 액티브 영역이 돌출된 높이보다 얕도록 형성된 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And the trench has a vertical channel formed so that the active region is shallower than the protruding height. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, The method according to claim 4 or 5, 상기 핀 마스크는 상기 리세스 마스크보다 임계치수가 큰 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And the pin mask has a vertical channel having a larger critical dimension than the recess mask. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 리세스 마스크는 상기 핀 마스크보다 적어도 10nm 작은 임계치수를 갖도록 형성된 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And wherein the recess mask has a vertical channel formed to have a threshold dimension that is at least 10 nm smaller than the fin mask. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 리세스 마스크는 40nm~70nm의 임계치수를 갖도록 형성된 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.The recess mask is a method of manufacturing a field effect transistor having a vertical channel formed to have a threshold dimension of 40nm ~ 70nm. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, The method according to claim 4 or 5, 상기 핀의 단방향 폭은 50nm~80nm을 갖는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.The unidirectional width of the fin has a vertical channel having a 50nm ~ 80nm method of manufacturing a field effect transistor. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, The method according to claim 4 or 5, 상기 소자 분리막은 적어도 500Å의 깊이로 리세스되는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법. And said device isolation layer has a vertical channel recessed to a depth of at least 500 microns. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 트렌치의 깊이는 상기 소자 분리막의 리세스되는 깊이보다 적어도 50Å 정도 얕게 형성되는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And the trench has a vertical channel formed at least about 50 microns shallower than the recessed depth of the device isolation layer. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, The method according to claim 4 or 5, 상기 제2 식각공정 후, 상기 기판에 대하여 건식식각공정을 실시하여 상기 제2 식각공정시 손상된 부위를 보상하는 단계를 더 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And performing a dry etching process on the substrate after the second etching process, thereby compensating for the damaged portion during the second etching process. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 핀을 형성하는 단계는, The method of claim 4 or 5, wherein forming the fins, 상기 기판 상에 하드 마스크를 증착하는 단계;Depositing a hard mask on the substrate; 상기 핀 마스크를 이용하여 상기 하드 마스크를 식각하는 단계; Etching the hard mask using the pin mask; 상기 핀 마스크를 제거하는 단계; 및Removing the pin mask; And 식각된 상기 하드 마스크를 이용한 식각공정을 실시하는 단계Performing an etching process using the etched hard mask 를 포함하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.Method of manufacturing a field effect transistor having a vertical channel comprising a. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 하드 마스크는 폴리 실리콘막, 질화막, 산화막, 아모르퍼스 카본막 및 SiLK 중 어느 하나로 형성하는 수직 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.The hard mask is a method of manufacturing a field effect transistor having a vertical channel formed of any one of a polysilicon film, a nitride film, an oxide film, an amorphous carbon film and SiLK.
KR1020050050936A 2005-06-14 2005-06-14 Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof Withdrawn KR20060130322A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050050936A KR20060130322A (en) 2005-06-14 2005-06-14 Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050050936A KR20060130322A (en) 2005-06-14 2005-06-14 Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060130322A true KR20060130322A (en) 2006-12-19

Family

ID=37810770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050050936A Withdrawn KR20060130322A (en) 2005-06-14 2005-06-14 Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20060130322A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100915085B1 (en) * 2007-10-29 2009-09-07 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming a semiconductor device
US7667266B2 (en) 2007-06-07 2010-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device including active pattern with channel recess, and method of fabricating the same
WO2016037395A1 (en) * 2014-09-10 2016-03-17 中国科学院微电子研究所 Finfet structure and manufacturing method thereof
CN111146276A (en) * 2018-11-02 2020-05-12 三星电子株式会社 integrated circuit device
KR20210031248A (en) * 2019-09-11 2021-03-19 삼성전자주식회사 Semiconductor devices

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7667266B2 (en) 2007-06-07 2010-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device including active pattern with channel recess, and method of fabricating the same
KR100915085B1 (en) * 2007-10-29 2009-09-07 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming a semiconductor device
US7955913B2 (en) 2007-10-29 2011-06-07 Hynix Semiconductor Inc. Method for manufacturing semiconductor device
WO2016037395A1 (en) * 2014-09-10 2016-03-17 中国科学院微电子研究所 Finfet structure and manufacturing method thereof
CN105470253A (en) * 2014-09-10 2016-04-06 中国科学院微电子研究所 FinFET structure and manufacturing method thereof
CN105470253B (en) * 2014-09-10 2018-08-10 中国科学院微电子研究所 FinFET structure and manufacturing method thereof
CN111146276A (en) * 2018-11-02 2020-05-12 三星电子株式会社 integrated circuit device
CN111146276B (en) * 2018-11-02 2024-05-24 三星电子株式会社 Integrated Circuit Devices
KR20210031248A (en) * 2019-09-11 2021-03-19 삼성전자주식회사 Semiconductor devices
US12408423B2 (en) 2019-09-11 2025-09-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor devices

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7683437B2 (en) Semiconductor device having fin field effect transistor and manufacturing method thereof
US20110068393A1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US8067799B2 (en) Semiconductor device having recess channel structure and method for manufacturing the same
US7285456B2 (en) Method of fabricating a fin field effect transistor having a plurality of protruding channels
KR100763337B1 (en) Semiconductor device having buried gate line and manufacturing method thereof
KR100487657B1 (en) mos transistor with recessed gate and method of fabricating the same
US7667266B2 (en) Semiconductor device including active pattern with channel recess, and method of fabricating the same
US20080029810A1 (en) Methods of fabricating semiconductor devices having buried gates and related semiconductor devices
KR20060130322A (en) Field effect transistor having vertical channel and manufacturing method thereof
KR100854502B1 (en) Semiconductor device adopting transistor having recess channel region and manufacturing method thereof
KR100683490B1 (en) Method for manufacturing a field effect transistor having a vertical channel
CN113838934B (en) Semiconductor structure and forming method thereof
KR20060128472A (en) Morse transistor having recessed gate electrode and manufacturing method thereof
KR100753125B1 (en) Saddle Pin Transistor Manufacturing Method
CN115692480A (en) Semiconductor structures and methods of forming them
KR100929630B1 (en) Semiconductor element and manufacturing method thereof
KR100753051B1 (en) Saddle Pin Transistor Manufacturing Method
KR100657824B1 (en) Fin transistor and its manufacturing method
KR20070001456A (en) Manufacturing method of saddle transistor
KR20070070922A (en) Saddle Pin Transistor Manufacturing Method
KR100713941B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100979241B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101078725B1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN117525131A (en) Semiconductor structure and forming method thereof
KR100728994B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20050614

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid