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KR20080063894A - Gate electrode formation method of semiconductor device - Google Patents

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Publication number
KR20080063894A
KR20080063894A KR1020070000421A KR20070000421A KR20080063894A KR 20080063894 A KR20080063894 A KR 20080063894A KR 1020070000421 A KR1020070000421 A KR 1020070000421A KR 20070000421 A KR20070000421 A KR 20070000421A KR 20080063894 A KR20080063894 A KR 20080063894A
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KR
South Korea
Prior art keywords
film
layer
hard mask
barrier
conductive
Prior art date
Application number
KR1020070000421A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최익수
이해정
황주희
김래현
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
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Abstract

본 발명은 텅스텐을 이용한 게이트 전극 패턴 형성시 하드 마스크 형성 후 감광막 스트립시 텅스텐막에 미세한 홀이 형성되는 문제에 기인한 하부 구조물의 손상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 제 1 도전막, 제 2 도전막, 하드 마스크막 및 배리어막을 순차적으로 형성하는 단계와, 게이트 패턴용 마스크를 이용하여 상기 배리어막을 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 배리어막을 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막을 식각하는 단계와, 상기 배리어막을 제거하는 단계와, 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막의 측면에 캡핑막을 형성하는 단계와, 상기 하드 마스크막을 식각 마스크로 하여 상기 제 1 도전막을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 제공한다. The present invention provides a method for forming a gate electrode of a semiconductor device capable of preventing damage to the underlying structure due to the problem that a fine hole is formed in the tungsten film when the photosensitive film strip after forming the hard mask when forming the gate electrode pattern using tungsten. To this end, the present invention comprises the steps of sequentially forming a gate insulating film, a first conductive film, a second conductive film, a hard mask film and a barrier film on a semiconductor substrate, and patterning the barrier film using a mask for a gate pattern Etching the hard mask layer and the second conductive layer using the patterned barrier layer, removing the barrier layer, and forming a capping layer on side surfaces of the hard mask layer and the second conductive layer. And etching the first conductive layer using the hard mask layer as an etching mask. A method of forming a gate electrode of a semiconductor device is provided.

Description

반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법{METHOD FOR FORMING GATE ELECTRODE OF SEMICONDUCTOR DEVICE}TECHNICAL FOR FORMING GATE ELECTRODE OF SEMICONDUCTOR DEVICE

도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자의 게이트 전극 형성시 텅스텐막 표면에 발생된 핀홀(pin hole)을 도시한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진.1 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph showing the pin hole (pin hole) generated on the surface of the tungsten film when forming the gate electrode of the semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도. 2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate electrode of 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 drawing>

10 : 기판 20 : 소자 분리막10 substrate 20 device isolation film

30 : 게이트 트렌치 40 : 게이트 절연막30 gate trench 40 gate insulating film

50 : 제 1 도전막 60 : 제 2 도전막50: first conductive film 60: second conductive film

70 : 하드 마스크막 80, 90 : 배리어막70: hard mask film 80, 90: barrier film

100 : 감광막 마스크 패턴 110 : 캡핑막100 photosensitive film mask pattern 110 capping film

120 : 게이트 전극 패턴120: gate electrode pattern

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 텅스텐을 이용한 반도체 소자의 게이트 전극의 형성 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly to a method for forming a gate electrode of a semiconductor device using tungsten.

일반적으로, 모스(MOS, Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터의 게이트 전극은 폴리실리콘막을 이용하여 형성하여 왔다. 이러한 폴리실리콘 게이트 전극은 그 형성공정이 안정하다는 장점이 있다. 그러나, 반도체 소자의 고집적화에 따라 게이트 전극을 비롯한 각종 패턴이 미세화되고 있으며, 최근에는 0.15㎛ 선폭 이하까지 미세화가 진행되고 있다. 이에 따라, 통상적인 게이트 전극 형성시 사용되어 온 도프트 폴리실리콘(doped polysilicon)은 그 자체의 높은 비저항 특성으로 인하여 지연 시간이 길어, 고속동작을 요구하는 소자에 적용하기가 어려운 문제점이 있었다.In general, a gate electrode of a metal oxide semiconductor (MOS) transistor has been formed using a polysilicon film. Such a polysilicon gate electrode has an advantage that the forming process is stable. However, with the higher integration of semiconductor devices, various patterns including gate electrodes have been miniaturized, and in recent years, miniaturization has been progressed to 0.15 µm or less. Accordingly, the doped polysilicon used in the conventional gate electrode formation has a long delay time due to its high resistivity, which makes it difficult to apply to devices requiring high-speed operation.

이러한 문제점은 반도체 소자의 고집적화에 따라 더욱 심각한 문제로 대두되고 있으며, 이를 개선하기 위하여 최근에는 텅스텐(W)과 같은 고융점 금속을 폴리실리콘 상에 적층시켜 게이트 전극으로 사용하는 기술에 대한 많은 연구 및 개발이 진행되고 있다. 즉, 게이트 절연막 상에 폴리 실리콘막 및 텅스텐막 그리고 게이트 하드 마스크막이 형성된 게이트 전극을 사용하고 있다. 여기서, 텅스텐막의 식각을 위해 먼저 게이트 하드 마스크막을 식각 한 다음 그 하부의 텅스텐막을 식각하게 된다. 이때, 게이트 하드 마스크막 식각 후 식각시 사용하였던 감광막을 O2 분위기 에서 제거한다. This problem has become a more serious problem due to the high integration of semiconductor devices, and in order to improve this problem, many studies on the technology of using a high melting point metal such as tungsten (W) as a gate electrode by laminating it on polysilicon and Development is in progress. That is, a gate electrode in which a polysilicon film, a tungsten film, and a gate hard mask film are formed on the gate insulating film is used. In this case, the gate hard mask layer is etched first to etch the tungsten layer and then the tungsten layer underneath is etched. In this case, after the gate hard mask layer is etched, the photoresist used during the etching is removed in an O 2 atmosphere.

하지만 이러한 하드 마스크막의 식각 후 노출된 텅스텐은 후속 고온과 다량의 O2 분위기에서 그레인(grain)과 그레인 사이의 경계가 쉽게 산화를 일으키게 된다. 이때, 후속으로 진행되는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 세정공정에 의해 산화막이 식각되는데, 이러한 세정공정시에는 산화막과 함께 텅스텐막이 일부 식각되어 도 1에 도시된 바와 같이 텅스텐막에 미세한 핀홀(pin hole)이 형성된다(도 1의 A 참조). However, the exposed tungsten after etching of the hard mask layer easily oxidizes the boundary between grains and grains in a subsequent high temperature and a large amount of O 2 atmosphere. At this time, the oxide film is etched by a subsequent cleaning process using BOE (Buffered Oxide Etchant). In this cleaning process, the tungsten film is partially etched together with the oxide film, so that a fine pinhole is formed in the tungsten film as shown in FIG. 1. holes) are formed (see A of FIG. 1).

이와 같이 텅스텐막에 형성된 핀홀은 후속으로 진행되는 텅스텐막 및 폴리 실리콘막의 식각시 하부의 게이트 절연막 및 기판에 손상을 발생시키게 되는 문제를 유발한다. As described above, the pinhole formed in the tungsten film causes a problem of damage to the lower gate insulating film and the substrate during the subsequent etching of the tungsten film and the polysilicon film.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 텅스텐막의 핀홀을 유발시킬 수 있는 감광막 제거 공정을 텅스텐막 식각후에 수행하여 텅스텐막의 핀홀에 의한 하부 박막의 손상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can perform the photoresist removal process that can cause the pinholes of the tungsten film after the tungsten film etching to prevent damage to the lower thin film by the pinholes of the tungsten film. An object of the present invention is to provide a method for forming a gate electrode of a semiconductor device.

상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 제 1 도전막, 제 2 도전막, 하드 마스크막 및 배리어막을 순차적으로 형성하는 단계와, 게이트 패턴용 마스크를 이용하여 상기 배리어막을 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 배리어막을 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막을 식각하는 단계와, 상기 배리어막을 제거하는 단계와, 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막의 측면에 캡핑막을 형성하는 단계와, 상기 하드 마스크막을 식각 마스크로 하여 상기 제 1 도전막을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, a gate insulating film, a first conductive film, a second conductive film, a hard mask film, and a barrier film are sequentially formed on a semiconductor substrate. Patterning the barrier layer using the semiconductor layer, etching the hard mask layer and the second conductive layer using the patterned barrier layer, removing the barrier layer, and removing the barrier layer from the hard mask layer and the second conductive layer. A method of forming a gate electrode of a semiconductor device, the method comprising: forming a capping layer on a side surface, and etching the first conductive layer using the hard mask layer as an etching mask.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 제 1 도전막, 제 2 도전막, 하드 마스크막, 배리어막을 순차적으로 형성하는 단계와, 게이트 패턴용 마스크를 이용하여 상기 배리어막을 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 배리어막을 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막을 식각하는 단계와, 식각된 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막의 측면에 캡핑막을 형성하는 단계와, 상기 배리어막을 제거하는 단계와, 상기 하드 마스크막을 식각 마스크로 하여 상기 제 1 도전막을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 제공한다. In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object is a step of sequentially forming a gate insulating film, a first conductive film, a second conductive film, a hard mask film, a barrier film on a semiconductor substrate, Patterning the barrier layer using a mask, etching the hard mask layer and the second conductive layer using the patterned barrier layer, and capping layers on side surfaces of the etched hard mask layer and the second conductive layer. A method of forming a gate electrode of a semiconductor device, the method comprising: forming, removing the barrier layer, and etching the first conductive layer using the hard mask layer as an etching mask.

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 상 에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호(참조번호)로 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 if a layer is said to be on another layer or substrate it may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, parts denoted by the same reference numerals (reference numbers) throughout the specification represent the same components.

실시예Example

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate electrode of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 활성 영역을 정의하는 소자 분리막(20)을 형성한다. 소자 분리막은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통해 제작한다. 즉, 먼저 반도체 기판(10)상에 트렌치(trench, 미도시)를 형성하고, 트렌치 내부를 HDP(High Density Plasma) 산화막으로 매립하여 소자 분리막(20)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2A, an isolation layer 20 defining an active region of the semiconductor substrate 10 is formed. The device isolation layer is manufactured through a shallow trench isolation (STI) process. That is, first, a trench (not shown) is formed on the semiconductor substrate 10, and the device isolation layer 20 is formed by filling the inside of the trench with an HDP (High Density Plasma) oxide film.

이어서, 소자 분리막(20)이 형성된 반도체 기판(10)상에 제 1 및 제 2 패드막(31, 32)을 순차적으로 형성한다. 이때, 제 1 패드막(31)으로 폴리 실리콘막을 사용하고, 제 2 패드막(32)으로 산화막, 질화막, 감광막 물질, SiGe막 및 비정질 카본막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 사용한다. Subsequently, first and second pad films 31 and 32 are sequentially formed on the semiconductor substrate 10 on which the device isolation film 20 is formed. In this case, a polysilicon film is used as the first pad film 31, and at least one selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, a photosensitive film material, a SiGe film, and an amorphous carbon film is used as the second pad film 32.

또한, 제 1 패드막(31)으로 하부 반도체 기판(10)을 보호할 수 있는 막을 사용한다. 이때, 제 1 패드막(31)으로 패드 산화막을 사용할 수도 있다. 제 2 패드막(32)은 반도체 기판(10)과의 높은 식각 선택비를 갖는 막을 사용한다. 필요에 따라 제 1 패드막(31)은 형성하지 않을 수도 있다.In addition, a film that can protect the lower semiconductor substrate 10 is used as the first pad film 31. In this case, a pad oxide film may be used as the first pad film 31. As the second pad film 32, a film having a high etching selectivity with respect to the semiconductor substrate 10 is used. If necessary, the first pad layer 31 may not be formed.

이어서, 제 2 패드막(32) 상에 유기 ARC막(미도시)과 후속의 제 1 트렌 치(33)를 정의 하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. Subsequently, a photoresist pattern (not shown) defining an organic ARC film (not shown) and a subsequent first trench 33 are formed on the second pad film 32.

이어서, 상기 감광막 패턴을 이용하여 제 1 및 제 2 패드막(32)을 식각하여 반도체 기판(10)의 일부를 노출한다. 이후, 제 2 패드막(32)을 식각 마스크로 하는 이방성 건식 식각을 통해 노출된 반도체 기판(10)의 일부를 식각하여 제 1 폭을 가지며 수직하게 패인 제 1 트렌치(33)를 형성한다. Subsequently, the first and second pad layers 32 are etched using the photoresist pattern to expose a portion of the semiconductor substrate 10. Subsequently, a portion of the semiconductor substrate 10 exposed through the anisotropic dry etching using the second pad layer 32 as an etching mask is etched to form a first trench 33 having a first width and vertically recessed.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 패드막(31, 32)을 제거한다. 반도체 기판(10)을 덮으면서 제 1 트렌치(33)의 내측벽을 덮는 버퍼막(34)를 형성한다. 이후, 등방성 습식 식각을 통해 제 1 트렌치(33) 하부의 반도체 기판(10)을 제거하여 원형의 단면을 가진 제 2 트렌치(35)를 형성한다. 이때, 등방성 습식 식각액은 SC1을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, the first and second pad films 31 and 32 are removed. The buffer film 34 covering the inner sidewall of the first trench 33 is formed while covering the semiconductor substrate 10. Thereafter, the semiconductor substrate 10 under the first trench 33 is removed by isotropic wet etching to form a second trench 35 having a circular cross section. In this case, the isotropic wet etchant may use SC1, but is not limited thereto.

한편, 제 1 및 제 2 트렌치(33, 35)는 본 실시예의 리세스 채널을 형성하기 위한 게이트 트렌치(30)이다. 여기서, 제 1 및 제 2 패드막(31, 32)을 제거하지 않은 상태에서 제 2 트렌치(35)를 형성할 수도 있다. On the other hand, the first and second trenches 33 and 35 are the gate trenches 30 for forming the recess channel of this embodiment. Here, the second trench 35 may be formed without removing the first and second pad layers 31 and 32.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 게이트 트렌치(30) 형성 후, 잔류하는 버퍼막(34)을 제거한다. 이어서, 전체 구조상에 그 단차를 따라 게이트 절연막(40)을 형성한다. 게이트 절연막(40)은 노출된 반도체 기판(10)의 상부 표면과 게이트 트렌치(30)의 내측면 영역에 게이트 절연막(40)이 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 2C, after the gate trench 30 is formed, the remaining buffer film 34 is removed. Subsequently, the gate insulating film 40 is formed on the entire structure along the step. The gate insulating layer 40 is formed on the exposed upper surface of the semiconductor substrate 10 and the inner surface region of the gate trench 30.

이때, 게이트 절연막(40)은 800 내지 1100도의 온도에서 산소 가스를 이용한 건식 산화 또는 수증기 분위기를 사용하는 습식 산화, O2 가스와 HCl가스의 혼합 가 스를 사용하는 HCL 산화, O2 가스와 C2H3Cl3 가스의 혼합 가스를 사용하는 산화 등으로 형성한다. At this time, the gate insulating film 40 is dry oxidation using oxygen gas or wet oxidation using oxygen gas at a temperature of 800 to 1100 degrees, HCL oxidation using a mixed gas of O 2 gas and HCl gas, O 2 gas and C It is formed by oxidation using a mixed gas of 2H 3 Cl 3 gas.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 게이트 절연막(40)이 형성된 반도체 기판(10) 상에 게이트 전극용 제 1 도전막(50)을 형성한다. 이때, 제 1 도전막(50)으로 게이트 트렌치(30) 내부를 매립한다. Subsequently, as shown in FIG. 2D, the first conductive film 50 for the gate electrode is formed on the semiconductor substrate 10 on which the gate insulating film 40 is formed. At this time, the inside of the gate trench 30 is filled with the first conductive film 50.

이어서, 게이트 전극용 제 1 도전막(50) 상에 게이트 전극용 제 2 도전막(60)을 형성하고, 제 2 도전막(60) 상에 게이트 하드 마스크막(70)을 형성한다. 이때, 제 1 도전막(50)으로 도프된 폴리 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 제 2 도전막(60)으로 텅스텐막을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 상기 제 2 도전막(60)으로 텅스텐 실리사이드막을 사용할 수도 있다. Next, the second conductive film 60 for the gate electrode is formed on the first conductive film 50 for the gate electrode, and the gate hard mask film 70 is formed on the second conductive film 60. At this time, it is preferable to use a polysilicon film doped with the first conductive film 50. It is preferable to use a tungsten film as the second conductive film 60. Of course, a tungsten silicide film may be used as the second conductive film 60.

이어서, 게이트 하드 마스크막(70) 상에 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 형성하고, 상기 제 2 배리어막(90) 상에 게이트 전극 형성을 위한 감광막 마스크 패턴(100)을 형성한다. 본 실시예에서는 제 1 배리어막(80)으로 비정질 카본막을 사용한다. 이는 제 1 배리어막(80) 하부의 게이트 하드 마스크막(70)과의 식각 선택비를 무한대로 가져갈 수 있기 때문이다. 이를 통해 게이트 전극 패터닝시 패턴 불량을 해소할 수 있다. Subsequently, first and second barrier layers 80 and 90 are formed on the gate hard mask layer 70, and a photoresist mask pattern 100 for forming a gate electrode is formed on the second barrier layer 90. do. In this embodiment, an amorphous carbon film is used as the first barrier film 80. This is because the etching selectivity with the gate hard mask layer 70 under the first barrier layer 80 can be infinite. As a result, pattern defects during gate electrode patterning can be eliminated.

한편, 제 1 배리어막(80)은 비정질 카본막(a-carbon) 대신 하부 게이트 하드 마스크막(70)과 식각 선택비가 큰 물질을 사용할 수도 있다. 예컨대, 제 2 배리어막(90)으로는 SiON막을 사용한다. 이때, 제 1 배리어막(80)으로 비정질 카본막을 사용하는 경우, 그 상부에 마련된 감광막 마스크 패턴(100)만으로는 충분한 식각 배리어로 작용하지 못하기 때문에 제 2 배리어막을 형성하여 식각 배리어로 사용한다. 또한, 제 2 배리어막(90)은 필요에 따라 생략할 수 있다. Meanwhile, the first barrier layer 80 may use a material having a high etching selectivity with the lower gate hard mask layer 70 instead of an a-carbon. For example, a SiON film is used as the second barrier film 90. In this case, when the amorphous carbon film is used as the first barrier film 80, since the photoresist mask pattern 100 provided thereon does not act as a sufficient etching barrier, a second barrier film is formed and used as the etching barrier. In addition, the second barrier film 90 may be omitted as necessary.

이어서, 제 2 배리어막(90) 상에 감광막을 도포한 다음 게이트 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 실시하여 감광막 마스크 패턴(100)을 형성한다. 상기 감광막 도포 전에 제 2 배리어막(90) 상에 반사 방지막(BARC; 미도시)을 더 형성할 수도 있다. Subsequently, a photoresist film is coated on the second barrier layer 90, and then an exposure and development process using a gate mask is performed to form the photoresist mask pattern 100. An anti-reflection film BARC (not shown) may be further formed on the second barrier layer 90 before the photoresist coating is applied.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 감광막 마스크 패턴(100)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 식각한다. 예컨대, 감광막 마스크 패턴 하부의 제 2 배리어막(90)을 먼저 식각한 다음 비정질 카본막으로 이루어진 제 1 배리어막(80)을 식각한다. 이때, 제 1 배리어막(80)은 비정질 카본막으로 제작되어 있기 때문에 O2 가스, N2 가스 및 Ar 가스를 이용하여 제거되는 것이 바람직하다. 그리고, 제 1 배리어막(80)의 제거시 상부의 감광막 마스크 패턴(100)도 함께 제거될 수 있다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, the first and second barrier layers 80 and 90 are etched through an etching process using the photoresist mask pattern 100 as an etching mask. For example, the second barrier layer 90 under the photoresist mask pattern is first etched, and then the first barrier layer 80 made of the amorphous carbon film is etched. At this time, since the first barrier film 80 is made of an amorphous carbon film, the first barrier film 80 is preferably removed using O 2 gas, N 2 gas and Ar gas. When the first barrier layer 80 is removed, the upper photoresist mask pattern 100 may also be removed.

이어서, 식각된 제 1 배리어막(80)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 게이트 하드 마스크막(70)을 식각한다. 이때, 게이트 하드 마스크막(70)으로 질화막을 사용하는 경우 CF4/Ar 혼합 가스, CHF3/Ar 혼합 가스 등의 식각 가스를 이용하여 게이트 하드 마스크막(70)을 제거하는 것이 바람직하다. Subsequently, the gate hard mask layer 70 is etched through an etching process using the etched first barrier layer 80 as an etch mask. In this case, when the nitride film is used as the gate hard mask film 70, the gate hard mask film 70 may be removed using an etching gas such as a CF 4 / Ar mixed gas and a CHF 3 / Ar mixed gas.

이이서, 식각된 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90) 및 게이트 하드 마스크 막(70)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 텅스텐막의 게이트 전극용 제 2 도전막(60)을 제거한다. 이때, 제 2 도전막(60)의 제거는 SF6, NF4, C2F6, CF4 등과 같은 플루오르(fluoride) 계열의 식각 가스를 사용하는 것이 바람직하다. Next, the second conductive film 60 for the gate electrode of the tungsten film is removed through an etching process using the etched first and second barrier films 80 and 90 and the gate hard mask film 70 as an etching mask. In this case, the second conductive layer 60 may be removed using a fluorine-based etching gas such as SF 6 , NF 4 , C 2 F 6 , CF 4, or the like.

이때, 도시되지는 않았지만, 상기 제 2 도전막(60) 하부의 제 1 도전막(50)의 일부도 함께 제거될 수 있다. In this case, although not shown, a part of the first conductive film 50 under the second conductive film 60 may also be removed.

이와 같이 본 실시예에서는 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90), 게이트 하드 마스크막(70) 그리고, 제 2 도전막(60)을 한꺼번에 식각한다. 즉, 이때, 이들은 단일 챔버 내에서 수행될 수 있다. 물론 서로 다른 챔버에서 수행되거나 국부적으로 다른 챔버를 사용할 수 있다. Thus, in the present embodiment, the first and second barrier films 80 and 90, the gate hard mask film 70, and the second conductive film 60 are etched at once. In other words, they can be performed in a single chamber at this time. Of course, it is possible to perform in different chambers or use different chambers locally.

이와 같이 본 실시예에서는 게이트 하드 마스크막(70) 상부의 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 제거하지 않은 상태에서 제 2 도전막을 제거한다. 이를 통해 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90) 제거시 발생할 수 있는 텅스텐막의 핀홀 발생을 방지할 수 있다. As described above, in the present exemplary embodiment, the second conductive layer is removed without removing the first and second barrier layers 80 and 90 on the gate hard mask layer 70. As a result, pinhole generation of the tungsten film, which may occur when the first and second barrier layers 80 and 90 are removed, may be prevented.

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 게이트 하드 마스크막(70) 상에 잔류하는 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 제거한다. 이때, 제 1 배리어막(80)으로 비정질 카본막을 사용하기 때문에 산소 분위기에서 이의 식각을 수행한다. 상기 제 1 배리어막(80)의 식각시 H2SO4/H2O2를 이용한 습식 식각을 실시하는 것이 바람직하다. 물론 제 1 배리어막(80)의 식각은 이에 한정되지않고 산소 가스를 이용한 건식 식각등의 다양한 식각 방법이 사용될 수 있다. Next, as shown in FIG. 2F, the first and second barrier films 80 and 90 remaining on the gate hard mask film 70 are removed. At this time, since the amorphous carbon film is used as the first barrier film 80, etching thereof is performed in an oxygen atmosphere. When etching the first barrier layer 80, it is preferable to perform wet etching using H 2 SO 4 / H 2 O 2 . Of course, the etching of the first barrier layer 80 is not limited thereto, and various etching methods such as dry etching using oxygen gas may be used.

이와 같이 본 실시예에서는 앞선 공정에서 텅스텐막의 제 2 도전막(60)이 미리 식각되어 있기 때문에 노출된 텅스텐막의 표면 그레인 사이에 발생하였던 산화가 발생되지 않게 된다. 이를 통해 종래 기술에서 설명하였던 미세한 홀이 형성되지 않게 된다. 즉, 게이트 하드 마스크막(70) 식각후 제 1 배리어막(80)을 제거하는 감광막 스트립(PR Strip)공정을 스킵(skip)하여 핀홀의 근원을 제거할 수 있다. 이와 같은 핀홀의 제거를 통해 하부 게이트 절연막(40) 및 반도체 기판(10)의 손상을 방지할 수 있고, 이를 통해 반도체 소자의 제작 수율을 향상시킬 수 있다. As described above, in the present embodiment, since the second conductive film 60 of the tungsten film is etched in advance in the above process, the oxidation that has occurred between the surface grains of the exposed tungsten film does not occur. As a result, the fine holes described in the related art are not formed. That is, the source of the pinhole may be removed by skipping a PR strip process for removing the first barrier layer 80 after etching the gate hard mask layer 70. By removing such pinholes, damage to the lower gate insulating layer 40 and the semiconductor substrate 10 can be prevented, thereby improving the production yield of the semiconductor device.

이어서, 게이트 하드 마스크막(70) 상부의 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 제거한 다음 전체 구조상에 그 단차를 따라 캡핑막(110)을 형성한다. 캡핑막(110)은 식각된 제 2 도전막(60)의 측벽면의 이상 산화를 방지하기 위한 막으로 실리콘 질화막을 사용하는 것이 바람직하다. Subsequently, the first and second barrier layers 80 and 90 on the gate hard mask layer 70 are removed, and then the capping layer 110 is formed along the step on the entire structure. As the capping film 110, a silicon nitride film is preferably used as a film for preventing abnormal oxidation of the sidewall surface of the etched second conductive film 60.

물론 이에 한정되지 않고, 본 실시예에서는 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 제거하지 않은 상태에서 전면에 캡핑막(110)을 형성하고, 게이트 하드 마스크막(70) 상의 상기 캡핑막(110)의 일부와 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)을 제거할 수도 있다. 이를 통해 제 1 및 제 2 배리어막(80, 90)의 제거시 제 2 도전막(60)의 측면이 이상 산화되는 것을 방지할 수 있다. Of course, the present invention is not limited thereto, and in this embodiment, the capping layer 110 is formed on the entire surface of the gate hard mask layer 70 without the first and second barrier layers 80 and 90 being removed. A portion of the 110 and the first and second barrier films 80 and 90 may be removed. As a result, the side surface of the second conductive layer 60 may be prevented from being oxidized abnormally when the first and second barrier layers 80 and 90 are removed.

이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 게이트 하드 마스크막(70) 및 제 2 도전막(60)의 측벽면 영역을 제외한 영역의 캡핑막(110)을 제거한다. 이후, 그 측벽면에 캡핑막(110)이 마련된 상기 게이트 하드 마스크막(70)을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 제 1 도전막(50)을 식각하여 제 1 및 제 2 도전막(50, 60), 게이트 하드 마스크막(70) 및 캡핑막(110)을 포함하는 게이트 전극 패턴(120)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2G, the capping film 110 in the region except for the sidewall surface region of the gate hard mask film 70 and the second conductive film 60 is removed. Subsequently, the first conductive layer 50 is etched through an etching process using the gate hard mask layer 70 having the capping layer 110 formed on the sidewall thereof as an etching mask. 60, a gate electrode pattern 120 including the gate hard mask layer 70 and the capping layer 110 is formed.

이후, 게이트 전극 패턴(120) 양측 영역에 불순물 이온을 주입하여 소스 및 드레인 전극을 형성할 수 있다. Thereafter, impurity ions may be implanted into both regions of the gate electrode pattern 120 to form a source and a drain electrode.

지금까지 본 발명은 실시예를 통해 채널의 길이를 증대시킨 리세스형 게이트 전극에 관해 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 텅스텐막과 폴리 실리콘막의 이중막을 포함하는 게이트 전극을 갖는 모든 반도체 소자의 제조공정에 적용할 수 있다. Thus far, the present invention has been described with respect to the recessed gate electrode having an increased length of the channel through the embodiment. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to the manufacturing process of all semiconductor devices having a gate electrode including a double film of a tungsten film and a polysilicon film.

본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 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, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 텅스텐막의 식각한 후에 비정질 카본막을 제거하는 공정을 수행하여 텅스텐막의 미세한 홀 발생을 방지할 수 있고, 이를 통해 하부 게이트 절연막 및 반도체 기판의 손상을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, a process of removing the amorphous carbon film after etching the tungsten film may be performed to prevent the occurrence of minute holes in the tungsten film, thereby preventing damage to the lower gate insulating film and the semiconductor substrate. .

Claims (7)

반도체 기판 상에 게이트 절연막, 제 1 도전막, 제 2 도전막, 하드 마스크막 및 배리어막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a gate insulating film, a first conductive film, a second conductive film, a hard mask film, and a barrier film on the semiconductor substrate; 게이트 패턴용 마스크를 이용하여 상기 배리어막을 패터닝하는 단계;Patterning the barrier layer using a mask for a gate pattern; 상기 패터닝된 배리어막을 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막을 식각하는 단계;Etching the hard mask layer and the second conductive layer using the patterned barrier layer; 상기 배리어막을 제거하는 단계;Removing the barrier layer; 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막의 측면에 캡핑막을 형성하는 단계; 및Forming a capping film on side surfaces of the hard mask film and the second conductive film; And 상기 하드 마스크막을 식각 마스크로 하여 상기 제 1 도전막을 식각하는 단계Etching the first conductive layer using the hard mask layer as an etching mask 를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.Gate electrode forming method of a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 도전막으로 폴리 실리콘막을 사용하고, 상기 제 2 도전막으로 텅스텐막을 사용하며, 상기 배리어막으로 비정질 카본막을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.A polysilicon film is used as the first conductive film, a tungsten film is used as the second conductive film, and an amorphous carbon film is used as the barrier film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 배리어막은 H2SO4/H2O2를 이용한 습식 식각을 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.The barrier layer may be removed by wet etching using H 2 SO 4 / H 2 O 2 . 반도체 기판 상에 게이트 절연막, 제 1 도전막, 제 2 도전막, 하드 마스크막, 배리어막을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a gate insulating film, a first conductive film, a second conductive film, a hard mask film, and a barrier film on the semiconductor substrate; 게이트 패턴용 마스크를 이용하여 상기 배리어막을 패터닝하는 단계;Patterning the barrier layer using a mask for a gate pattern; 상기 패터닝된 배리어막을 이용하여 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막을 식각하는 단계;Etching the hard mask layer and the second conductive layer using the patterned barrier layer; 식각된 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막의 측면에 캡핑막을 형성하는 단계;Forming a capping layer on side surfaces of the etched hard mask layer and the second conductive layer; 상기 배리어막을 제거하는 단계; 및Removing the barrier layer; And 상기 하드 마스크막을 식각 마스크로 하여 상기 제 1 도전막을 식각하는 단계Etching the first conductive layer using the hard mask layer as an etching mask 를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.Gate electrode forming method of a semiconductor device comprising a. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막의 측면에 상기 캡핑막을 형성하는 단계는,Forming the capping film on the side surfaces of the hard mask film and the second conductive film, 상기 하드 마스크막 및 상기 제 2 도전막이 식각된 전체 구조 상에 그 단차를 따라 상기 캡핑막을 형성하는 단계; 및Forming the capping layer along a step on the entire structure of the hard mask layer and the second conductive layer etched; And 상기 하드 마스크막 상에 잔류하는 상기 배리어막과 캡핑막 그리고, 상기 하드 마스크막 사이 영역에 마련된 캡핑막을 제거하는 단계Removing the barrier layer and the capping layer remaining on the hard mask layer, and the capping layer provided in the region between the hard mask layer. 를 포함하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.Gate electrode forming method of a semiconductor device comprising a. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제 1 도전막으로 폴리 실리콘막을 사용하고, 상기 제 2 도전막으로 텅스텐막을 사용하며, 상기 배리어막으로 비정질 카본막을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.A polysilicon film is used as the first conductive film, a tungsten film is used as the second conductive film, and an amorphous carbon film is used as the barrier film. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 배리어막은 H2SO4/H2O2를 이용한 습식 식각을 통해 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 게이트 전극 형성 방법.The barrier layer may be removed by wet etching using H 2 SO 4 / H 2 O 2 .
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