KR20070075981A - Method for manufacturing of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 소자분리막 및 리세스 게이트 영역에 관한 레이아웃도. 1A and 1B are layout views of a conventional isolation layer and a recess gate region.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 소자분리막 및 리세스 게이트 영역에 관한 패터닝 결과를 나타내는 SEM 사진. 2A to 2C are SEM images showing a patterning result of a conventional isolation layer and a recess gate region.
도 3은 본 발명에 따른 소자분리막과 리세스 게이트 영역에 관한 마스크 레이아웃도. 3 is a mask layout diagram of an isolation layer and a recess gate region in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리세스 게이트 영역 및 소자분리막의 마스크 패터닝 결과를 나타내는 SEM 사진. 4A and 4B are SEM photographs showing mask patterning results of a recess gate region and an isolation layer according to the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 활성영역을 나타내는 평면도 및 단면도. 5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing an active region according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 리세스 게이트 영역의 형성 이후에 소자분리막을 형성하여 리프레쉬 동작 특성을 개선할 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, a device isolation film is formed after formation of a recess gate region to improve refresh operation characteristics.
일반적으로 반도체 소자의 소자분리막(Isolation;ISO)은 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 또는 PGI(Profiled Grove Isolation) 등과 같은 통상적인 소자 분리 방법을 이용하여 반도체 기판의 소정 부분에 필드절연막을 형성하여 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성한다. In general, an isolation layer (ISO) of a semiconductor device is formed by forming a field insulating layer on a predetermined portion of a semiconductor substrate using a conventional device isolation method such as local oxide of silicon (LOCOS) or profiled groove isolation (PGI). A device isolation film is formed to define the device isolation film.
이러한 소자 분리 방법 중에서 LOCOS 방법은 활성영역을 한정하는 산화 마스크인 질화막(Nitride)을 반도체 기판상에 형성하고, 포토리소그래피(Photolithograpy) 방법으로 패터닝하여 반도체 기판의 소정 부분을 노출시킨 후, 노출된 반도체 기판을 산화시켜 소자 격리 영역으로 이용되는 필드산화막(Field Oxide)을 형성한다. Among these device isolation methods, the LOCOS method forms a nitride film, which is an oxidation mask defining an active region, on a semiconductor substrate, is patterned by a photolithography method to expose a predetermined portion of the semiconductor substrate, and then the exposed semiconductor. The substrate is oxidized to form a field oxide film used as the device isolation region.
그런데, 이러한 LOCOS 방법은 공정이 단순하고 넓은 부위와 좁은 부위를 동시에 분리할 수 있다는 장점을 갖지만, 측면산화에 의한 새부리(Bird's beak)가 형성되어 소자 격리 영역의 폭이 넓어져서 소스/드레인 영역의 유효 면적을 감소시킨다. 또한, 필드산화막 형성시 산화막의 가장자리에 열 팽창계수의 차이에 따른 응력이 집중됨으로써 실리콘 기판에 결정 결함이 발생하여 누설전류가 많은 단점이 있다. By the way, the LOCOS method has the advantage that the process is simple and can separate the wide and narrow areas at the same time, but the bird's beak is formed by the lateral oxidation to increase the width of the device isolation region, Reduce the effective area. In addition, when the field oxide film is formed, stress is concentrated on the edge of the oxide film due to the difference in thermal expansion coefficient, so that a crystal defect occurs in the silicon substrate, which causes a large leakage current.
또한, PGI 방법은 반도체 기판을 식각하여 홈을 형성하고 그 홈에 절연 물질을 채워서 활성영역을 한정하므로 활성영역을 잠식하는 문제를 해결할 수 있는 소자 격리 방법으로, 그 대표적인 예로는 STI(Shallow Trench Isolation) 방법이 있다. In addition, the PGI method forms a groove by etching a semiconductor substrate and fills an insulating material in the groove to define an active region. Thus, the PGI method is a device isolation method that can solve the problem of encroaching the active region. There is a way.
이러한 STI 방법은 반도체 기판상에 반도체 기판과 식각 선택비가 양호한 질 화막을 형성하고, 질화막을 하드마스크로 사용하기 위해 질화막을 포토리소그래피 방법으로 패터닝하여 질화막 패턴을 형성한다. 그리고, 질화막 패턴을 하드 마스크로 사용하여 반도체 기판을 소정 깊이로 건식 식각 방법으로 패터닝하여 트랜치를 형성한다. 이후에, 트랜치에 절연막을 매립시킨 후 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing;CMP)하여 트랜치에 매립되는 필드절연막을 형성한다. The STI method forms a nitride film having a good etching selectivity with a semiconductor substrate on a semiconductor substrate, and forms a nitride film pattern by patterning the nitride film by a photolithography method to use the nitride film as a hard mask. The trench is formed by patterning the semiconductor substrate to a predetermined depth by using a nitride film pattern as a hard mask. Thereafter, an insulating film is embedded in the trench, followed by chemical mechanical polishing (CMP) to form a field insulating film embedded in the trench.
상술된 다양한 방법에 의해 형성되는 소자분리막(ISO)은 반도체 소자의 디자인룰(Design Rule)이 점차 감소함에 따라 Z형, T형을 적용하고, 최근에는 바(Bar)형 또는 섬(Island)형 소자분리막을 적용하고 있다. The device isolation film (ISO) formed by the above-described various methods applies Z-type and T-type as the design rule of the semiconductor device gradually decreases, and more recently, bar-type or island-type. An element isolation film is applied.
도 1a 및 도 1b는 종래의 소자분리막(ISO) 및 리세스 게이트 영역(Recess Gate Area)에 관한 레이아웃도이다. 1A and 1B are layout views of a conventional isolation layer ISO and a recess gate area.
도 1a는 칩 사이즈를 줄이기 위한 6F2 셀 구조에서 바(Bar)형 소자분리막(ISO)에 관한 레이아웃도이다. 도 1b는 0.06um의 폭을 갖는 리세스 게이트 영역(RGA)에 관한 레이아웃도이다. FIG. 1A is a layout diagram of a bar device isolation layer ISO in a 6F2 cell structure for reducing chip size. FIG. 1B is a layout diagram of a recess gate region RGA having a width of 0.06 μm.
그런데, 이러한 종래의 소자분리막(ISO) 및 리세스 게이트 영역(Recess Gate Area)은 8F2과는 달리 라인(Line) 및 스페이스(Space) 간의 듀티비(Duty ratio)가 1:1 조건이 아니므로 원하는 사이즈의 패턴 프로파일(Pattern Profile)을 얻기 힘들다. However, unlike the conventional device isolation layer ISO and the recess gate area, the duty ratio between the line and the space is not 1: 1, unlike 8F2. It is difficult to obtain a pattern profile of size.
즉, 일반적인 게이트, 비트라인과는 달리 소자분리막 패턴은 듀티비가 1:0.8로서 라인인 바(Bar)가 스페이스에 비해 더 크다. 일정 피치(Pitch)에서 바와 바 사이의 간격이 좁으면 간격이 넓은 경우보다 입사광의 콘트라스트(Contrast) 및 PEG의 확산 등의 요인으로 공정마진은 감소할 수밖에 없다. That is, unlike a general gate and bit line, the device isolation layer pattern has a duty ratio of 1: 0.8, and a bar having a line is larger than a space. If the spacing between the bars and bars is narrow at a certain pitch, the process margin is inevitably reduced due to factors such as contrast of incident light and diffusion of PEG than when the spacing is wide.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 소자분리막 및 리세스 게이트 영역에 관한 패터닝 결과를 나타내는 SEM(Scanning Electron Microscope;미세전자현미경) 사진이다. 2A to 2C are scanning electron microscope (SEM) images showing a patterning result of a conventional device isolation layer and a recess gate region.
여기서, 도 2a는 소자분리막의 패터닝 결과를 나타내고, 도 2b는 노광원으로 KrF를 이용한 리세스 게이트 영역의 다이렉트(Direct) 패터닝 결과를 나타내며, 도 2c는 노광원으로 ArF를 이용한 리세스 게이트 영역의 패터닝 결과를 나타낸 도면이다. Here, FIG. 2A shows the patterning result of the device isolation film, FIG. 2B shows the direct patterning of the recess gate area using KrF as the exposure source, and FIG. 2C shows the recess gate area using ArF as the exposure source. It is a figure which shows the patterning result.
리세스 게이트 영역의 DICD(Develop Inspection Critical Dimension) 목표값이 60nm인데 도 2b에서와 같이 노광원으로 KrF를 이용한 패터닝의 경우 다이렉트 패터닝 한계가 70nm가 된다. 따라서, 레지스트 플로우(Resist Flow) 공정을 사용한다 하더라도 셀의 가운데 지역과 주변회로 근접 지역의 선폭(CD) 차이가 발생하게 되는 문제점이 있다. Although the DICD (Develop Inspection Critical Dimension) target value of the recess gate region is 60 nm, the direct patterning limit becomes 70 nm in the case of patterning using KrF as an exposure source as shown in FIG. 2B. Therefore, even when using a resist flow process, there is a problem in that a line width (CD) difference between a center region of a cell and a region adjacent to a peripheral circuit occurs.
도 2c에서와 같이, 노광원으로 ArF를 이용한 패터닝의 경우에도 라인 에지가 거칠게 되는 불량(Line Edge Roughness)이 발생하게 되고, DoF(Depth of Focus) 및 EL(Exposure Latitude)가 부족하게 되어 어시스트(Assist) 패턴의 흔적이 남게 되는 문제점이 있다. As shown in FIG. 2C, even in the case of patterning using ArF as an exposure source, line edge roughness occurs, and the depth of focus (DoF) and exposure latitude (EL) are insufficient to assist the assist ( Assist) There is a problem that the trace of the pattern remains.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특히, 리세스 게이트 영역의 형성 이후에 소자분리막을 형성하여 리프레쉬 동작 특성을 개선할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, an object isolation film is formed after the formation of the recess gate region to improve the refresh operation characteristics.
또한, 본 발명은 리세스 게이트 영역을 콘택 홀 타입으로 형성하여 디바이스의 단면적을 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다 In addition, an object of the present invention is to form a recess gate region of a contact hole type to ensure the cross-sectional area of the device.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체 기판의 활성영역에 리세스 게이트 영역을 형성하는 제 1단계; 반도체 기판에 소자분리막을 형성하는 제 2단계; 및 활성영역의 상부에 리세스 게이트를 형성하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises a first step of forming a recess gate region in the active region of the semiconductor substrate; Forming a device isolation film on the semiconductor substrate; And forming a recess gate on the active region.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 소자분리막(ISO)과 리세스 게이트 영역(RGA)에 관한 마스크 레이아웃도이다. 3 is a mask layout diagram of an isolation layer ISO and a recess gate region RGA according to the present invention.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 구조를 이용한 메모리 칩의 공정 개발에 있어서 디바이스의 선폭(CD)이 작아지면서 리프레쉬 특성의 개선을 위해 게이트 단면적의 확보가 중요하게 되었다. In the process development of a memory chip using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) structure, as the line width (CD) of the device becomes smaller, securing a gate cross-sectional area becomes important for improving refresh characteristics.
이를 위해, 본 발명은 도 3에서와 같이, 리세스 게이트 영역(10)과 소자분리막(20) 마스크 셋(Mask Set)을 이용하여 패터닝을 수행하는데 있어서, 리세스 게이트 영역(10) 마스크 레이아웃을 이용한 패터닝을 수행한 이후에, 소자분리막(20) 마스크 레이아웃을 패터닝하게 된다.To this end, according to the present invention, when the patterning is performed using the
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리세스 게이트 영역(10) 및 소자분리막(20)의 마스크 패터닝 결과를 나타내는 SEM(Scanning Electron Microscope;미세전 자현미경) 사진이다. 4A and 4B are SEM (Scanning Electron Microscope) photographs showing a mask patterning result of the
먼저, 도 4a에서와 같이, 소자분리막(20)의 형성 단계 이전에 콘택홀 타입의 리세스 게이트 영역(10) 마스크 레이아웃을 이용한 패터닝을 수행한다. 이때, KrF의 비트라인 콘택 공정 등에서 증명된 바와 같이 레지스트 플로우 공정을 수행하여 60nm 이하의 스페이스 패터닝을 수행하도록 한다. First, as shown in FIG. 4A, patterning is performed using a contact hole type
다음에, 도 4b에서와 같이, 소자분리막(20) 마스크 레이아웃을 이용한 패터닝을 수행하게 된다. 이때, 노광원으로 ArF를 이용한 소자분리막 마스크 공정을 수행하여 원하는 모양의 소자분리막 패턴을 얻을 수 있도록 한다. Next, as shown in FIG. 4B, patterning using a mask layout of the
이러한 경우 리세스 게이트 영역(10)의 형성 공정이 먼저 진행되어, 소자분리막(20) 마스크의 활성영역 하부에 이미 콘택홀 타입의 리세스 게이트 영역(10) 이 형성된 상태가 된다.In this case, the process of forming the
이후에, 식각 공정을 수행하고 포토 레지스트를 제거하여 도 5a와 같이 원하는 수준의 리세스 게이트 영역(10)과 소자분리막(20) 패턴을 얻을 수 있게 된다. 반도체 소자의 활성영역(B)에 리세스 게이트 영역(10)이 형성되고, 각각의 활성영역(B)은 필드 산화막(Field Oxide;30)에 의해 분리된다. Thereafter, the etching process is performed and the photoresist is removed to obtain the
도 5b는 도 5a의 A-A' 방향에서 본 활성영역(B)의 단면도를 나타낸다. 도 5b의 단면도를 보면, 활성영역(B)의 양측에 필드 산화막(30)이 형성되고, 활성영역(B) 상의 상부 영역에 리세스 게이트 영역(10)이 콘택 홀 타입으로 형성된다. FIG. 5B is a cross-sectional view of the active region B viewed in the direction AA ′ of FIG. 5A. 5B, the
이러한 본 발명은 리세스 게이트 영역(10)을 라인/스페이스 타입으로 형성하는 것이 아니라, 콘택홀(Contac Hole) 타입으로 형성하게 된다. The present invention does not form the
이에 따라, 본 발명은 콘택 홀 패터닝을 수행함에 있어서 레지스트 플로우 공정을 사용하여 더욱 정교하고 작은 사이즈의 스페이스 패턴을 구현하여 원하는 패터닝 수준인 60nm를 얻을 수 있도록 한다. 또한, 평판의 실리콘 웨이퍼에 리세스 게이트 영역(10) 마스크를 형성하여 단차나 하부 물성의 차이에 의한 패터닝 관련 문제를 해결할 수 있게 된다. Accordingly, the present invention implements a more precise and small space pattern using a resist flow process in performing contact hole patterning so as to obtain a desired patterning level of 60 nm. In addition, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 리세스 게이트 영역의 형성 이후에 소자분리막을 패터닝하여 리프레쉬 동작 특성을 개선할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. As described above, the present invention provides an effect of improving the refresh operation characteristics by patterning the device isolation layer after formation of the recess gate region.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (6)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100979368B1 (en) * | 2008-07-14 | 2010-08-31 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of fabricating semiconductor apparatus and semiconductor apparatus fabricated thereby |
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2006
- 2006-01-17 KR KR1020060004843A patent/KR20070075981A/en not_active Application Discontinuation
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KR100979368B1 (en) * | 2008-07-14 | 2010-08-31 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of fabricating semiconductor apparatus and semiconductor apparatus fabricated thereby |
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