KR100870323B1 - Method of forming isolation film of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views of devices for describing a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 101 : 터널 절연막100
102 : 플로팅 게이트용 도전막 103 : 버퍼막102: conductive film for floating gate 103: buffer film
104 : 하드 마스크막 105C : 셀 트렌치104:
105B : 경계 영역 트렌치 106 : 1차 절연막105B: boundary region trench 106: primary insulating film
107 : 반사 방지막 108 : 포토 레지스트 패턴107: antireflection film 108: photoresist pattern
109 : 마스크 110 : 페리 영역 트렌치109: mask 110: ferry region trench
111, 112, 113 : 소자 분리막111, 112, 113: device isolation film
본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것으로, 셀 영역과 페리 영역의 단차를 배제하여 소자 분리막의 패턴을 균일하게 형성할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of uniformly forming a pattern of a device isolation film by removing a step between a cell region and a ferry region.
반도체 회로에서는 반도체 기판 상부에 형성된 단위소자 예컨대, 트랜지스터, 다이오드 또는 저항 등을 전기적으로 분리하는 것이 필요하다. 따라서, 이러한 소자 분리 공정은 모든 반도체 제조 공정 단계에 있어서 초기 단계의 공정으로서, 액티브 영역의 사이즈 및 후속 단계의 공정 마진을 좌우하게 된다.In a semiconductor circuit, it is necessary to electrically separate a unit element formed on the semiconductor substrate, for example, a transistor, a diode, or a resistor. Therefore, this device isolation process is an initial step in all semiconductor manufacturing process steps, and depends on the size of the active region and the process margin of subsequent steps.
이러한 소자 분리를 형성하기 위한 방법으로 반도체 부분 산화법(LOCal Oxidation of Silicon; 이하 LOCOS라 함)이 많이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 LOCOS 소자 분리에 의하면 반도체 기판의 선택적 산화시 마스크로 사용되는 질화막 하부에서 패드 산화막의 측면으로 산소가 침투하면서 필드 산화막의 끝부분에 버즈 비크(Bird's beak)가 발생하게 된다. 이러한 버즈 비크에 의해 필드 산화막이 버즈 비크의 길이만큼 액티브 영역으로 확장되기 때문에, 채널 길이가 짧아지게 되어 문턱전압(Threshold voltage)이 증가하게 되므로 예컨대, 트랜지스터 등의 전기적 특성을 악화시키는 문제점이 발생하게 된다.As a method for forming such device isolation, a LOCal Oxidation of Silicon (LOCOS) has been widely used. However, according to the LOCOS device isolation, as the oxygen penetrates into the side of the pad oxide film under the nitride film used as the mask for the selective oxidation of the semiconductor substrate, a bird's beak is generated at the end of the field oxide film. Since the field oxide film is extended to the active region by the length of the buzz beak by such a buzz beak, the channel length is shortened and the threshold voltage is increased, thereby causing problems such as deterioration of the electrical characteristics of the transistor. do.
한편, 트렌치 소자 분리(Shallow Trench Isolation, 이하 STI라 함) 공정은 반도체 소자의 설계규칙(Design rule)의 감소에 따른 필드 산화막의 열화와 같은 공정의 불안정 요인과, 버즈 비크에 따른 액티브 영역의 감소와 같은 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 소자 분리 공정으로 부각되고 있다.On the other hand, the trench trench isolation (STI) process is an instability factor of the process such as deterioration of the field oxide film due to the reduction of the design rule of the semiconductor device, and the reduction of the active region due to the buzz beak. It is emerging as a device separation process that can fundamentally solve the problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 셀 영역의 소자 분리막을 형성하기 위한 제1 절연막을 형성한 후, 페리 영역의 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치 식각 공정 및 제2 절연막 형성 공정을 진행함으로써, 셀 영역과 페리 영역의 단차에 의한 불량을 배제하여 패턴을 균일하게 형성할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to form a first insulating film for forming the device isolation film of the cell region, and then to proceed to the trench etching process and the second insulating film forming process for forming the device isolation film of the ferry region, Disclosed is a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of uniformly forming a pattern by eliminating a defect due to a step of a ferry region.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법은 셀 영역, 페리 영역, 상기 셀 영역과 상기 페리 영역이 만나는 경계 영역으로 구분되는 반도체 기판이 제공되는 단계와, 상기 셀 영역의 소자 분리 영역과 상기 경계 영역의 소자 분리 영역의 상기 반도체 기판을 선택 식각하여 셀 트렌치 및 경계 영역 제1 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 셀 트렌치 및 상기 경계 영역 트렌치를 포함한 전체 구조 상에 제1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 페리 영역의 소자 분리 영역과 상기 경계 영역의 소자 분리 영역 상에 형성된 상기 제1 절연막 및 상기 반도체 기판을 선택 식각하여 경계 영역 제2 트렌치 및 페리 영역 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 경계 영역 제2 트렌치 및 상기 페리 영역 트렌치를 포함한 전체 구조 상에 제2 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 반도체 기판이 노출되도록 평탄화 공정을 실시하여 셀 영역의 소자 분리막, 경계 영역의 소자 분리막, 및 페리 영역의 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.The method of forming an isolation layer of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes providing a semiconductor substrate divided into a cell region, a ferry region, a boundary region where the cell region and the ferry region meet each other, and a device isolation region of the cell region. And selectively etching the semiconductor substrate in the device isolation region of the boundary region to form a cell trench and a boundary region first trench, and forming a first insulating layer on the entire structure including the cell trench and the boundary region trench. Selectively etching the first insulating film and the semiconductor substrate formed on the device isolation region of the ferry region and the device isolation region of the boundary region to form a boundary region second trench and a ferry region trench; Forming a second insulating film over the entire structure including the region second trench and the ferry region trench And forming a device isolation film in a cell region, a device isolation film in a boundary region, and a device isolation film in a ferry region by performing a planarization process to expose the semiconductor substrate and the semiconductor substrate.
상기 셀 트렌치 및 상기 경계 영역 제1 트렌치를 형성하는 단계 이전에, 상기 반도체 기판 상에 상기 반도체 기판 상에 터널 절연막, 플로팅 게이트용 도전막, 버퍼막, 하드 마스크막을 순차적으로 적층하여 형성하는 단계를 더 포함한다.Prior to forming the cell trench and the boundary region first trench, a step of sequentially forming a tunnel insulating film, a floating gate conductive film, a buffer film, and a hard mask film on the semiconductor substrate is performed on the semiconductor substrate. It includes more.
상기 제1 절연막은 PSZ(polysilazane) 또는 SOD(Spin On Dielectric)막으로 형성한다.The first insulating layer is formed of a PSZ (polysilazane) or SOD (Spin On Dielectric) film.
상기 제1 절연막을 형성하는 단계 이 후, 평탄화 공정을 실시하여 상기 제1 절연막을 평탄화시키는 공정을 더 포함한다.After the forming of the first insulating film, the method may further include planarizing the first insulating film by performing a planarization process.
상기 경계 영역 제2 트렌치 및 상기 페리 영역 트렌치를 형성하는 단계는 상기 제1 절연막 상에 반사 방지막을 형성하는 단계와, 상기 반사 방지막 상에 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 포토 레지스트 패턴을 이용한 식각 공정으로 상기 반사 방지막, 상기 제1 절연막, 및 상기 반도체 기판을 식각하는 단계를 포함한다.The forming of the boundary region second trench and the ferry region trench may include forming an antireflection film on the first insulating film, forming a photoresist pattern on the antireflection film, and using the photoresist pattern. Etching the anti-reflection film, the first insulating film, and the semiconductor substrate by an etching process.
상기 제2 절연막은 HDP 산화막으로 형성한다.The second insulating film is formed of an HDP oxide film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views of devices for describing a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 터널 절연막(101), 플로팅 게이트용 도전막(102), 버퍼막(103), 및 하드 마스크막(104)을 순차적으로 적층하여 형성한다.Referring to FIG. 1, a
터널 절연막(101)은 습식 산화 공정을 이용하여 70~80Å 으로 증착하고, 후속 공정으로 N2O 어닐링 공정을 실시하여 터널 절연막(101) 내부의 질화물(nitrogen)을 결합(incorporation)시켜서 트랩 차지 밀도(trap density)를 줄이고 신뢰성을 향상시키는 것이 바람직하다. 플로팅 게이트용 도전막(102)은 불순물이 함유되지 않은 비정질 폴리 실리콘막과 불순물이 함유된 폴리 실리콘막으로 구성된 이중막으로 형성하는 것이 바람직하다. 버퍼막(103)은 질화막을 LP-CVD 방식을 이용하여 300~1000Å의 두께로 증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 하드 마스크막(104)은 유전막을 LP-CVD 방식을 이용하여 100~400Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The
도 2를 참조하면, 하드 마스크막(104), 버퍼막(103), 플로팅 게이트용 도전막(102), 및 터널 산화막(101)을 순차적으로 선택 식각하여 셀 영역 및 페리 영역과의 경계 영역상의 반도체 기판(100) 중 소자 분리 영역을 노출시킨다.Referring to FIG. 2, the
이 후, 노출된 반도체 기판(100)을 식각하여 셀 영역의 트렌치(105C) 및 경계 영역의 트렌치(105B)를 형성한다. 바람직하게는 셀 영역의 트렌치(105C)의 폭보다 경계 영역의 트렌치(105B) 폭을 더 넓게 형성한다.Thereafter, the exposed
셀 영역의 트렌치(105C) 및 경계 영역의 트렌치(105B)를 포함한 전체 구조 상에 제1 절연막(106)을 형성한다. 제1 절연막(106)은 유동성 절연막으로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 절연막(106)은 PSZ(polysilazane) 또는 SOD(Spin On Dielectric)막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때 제1 절연막(106)은 셀 영역의 트렌치(105C) 및 경계 영역의 트렌치(105B)이 완전히 채워지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 후, 평탄화 공정을 실시하여 제1 절연막(106)의 표면을 평탄화시키는 것이 바람직하다. The first
도 3을 참조하면, 제1 절연막(106)을 포함한 전체 구조 상에 반사 방지막(107)을 형성한다. 반사 방지막(107)은 탄소 성분을 함유한 액체 상태의 물질을 코팅하여 도포한 후 경화시켜 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, an
이 후, 반사 방지막(107)을 포함한 전체 구조 상에 포토 레지스트막을 코팅한 후, 마스크(109)를 이용한 노광 및 현상 공정을 실시하여 포토 레지스트 패턴(108)을 형성한다. 이때 포토 레지스트 패턴(108)은 경계 영역의 소자 분리 영역 및 페리 영역의 소자 분리 영역이 오픈되도록 형성한다. 노광 공정은 I-Line(λ=365nm), Krf(λ=248nm), 또는 Arf(λ=193nm)을 이용하여 실시하는 것이 바람직하다.Thereafter, after the photoresist film is coated on the entire structure including the
이때, 반사 방지막(107), 및 포토 레지스트 패턴(108)은 평탄한 제1 절연막(106) 상에 형성되어 단차 없이 균일하게 형성된다.At this time, the
도 4를 참조하면, 포토 레지스트 패턴을 이용한 식각 공정을 실시하여 반사 방지막, 제1 절연막(106), 하드 마스크막(104), 버퍼막(103), 플로팅 게이트용 도 전막(102), 터널 절연막(101), 및 반도체 기판(100)을 순차적으로 선택 식각하여 페리 영역의 트렌치(110) 및 경계 영역의 트렌치(105B')를 형성한다. 이때 페리 영역의 트렌치(110) 및 경계 영역의 트렌치(105B')는 셀 영역의 트렌치(105C) 보다 깊게 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 4, by performing an etching process using a photoresist pattern, an antireflection film, a first
이 후, 포토 레지스트 패턴 및 반사 방지막을 제거한다.Thereafter, the photoresist pattern and the antireflection film are removed.
도 5를 참조하면, 페리 영역의 트렌치(110) 및 경계 영역의 트렌치(105B')을 포함한 전체 구조 상에 제2 절연막을 형성한다. 제2 절연막은 제1 절연막(106) 보다 밀도가 높은 절연막으로 형성하는 것이 바람직하다. 제2 절연막은 HDP 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이때 제2 절연막은 페리 영역의 트렌치(110) 및 경계 영역의 트렌치(105B')이 완전히 채워지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 후, 버퍼막이 노출되도록 평탄화 공정을 실시하여 페리 영역의 소자 분리막(111), 경계 영역의 소자 분리막(112), 및 셀 영역의 소자 분리막(113)을 형성한다.Referring to FIG. 5, a second insulating layer is formed on the entire structure including the
이 후, 식각 공정을 실시하여 버퍼막을 제거한다.Thereafter, an etching process is performed to remove the buffer film.
상술한 것과 같이 페리 영역의 소자 분리막(111)과 셀 영역의 소자 분리막(113)을 서로 다른 절연막으로 형성하여 페리 영역의 트랜지스터간의 절연 특성을 개선시킬 수 있다.As described above, the
본 발명은 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당 업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to specific embodiments, it can be apparent to those skilled in the art that modifications or changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention, and such modifications or changes are defined in the claims of the present invention. Will belong.
본 발명의 실시 예에 따르면, 셀 영역의 소자 분리막을 형성하기 위한 제1 절연막을 형성한 후, 페리 영역의 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치 식각 공정 및 제2 절연막 형성 공정을 진행함으로써, 셀 영역과 페리 영역의 단차에 의한 불량을 배제하여 패턴을 균일하게 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after forming the first insulating film for forming the device isolation film of the cell region, the trench etching process and the second insulating film forming process for forming the device isolation film of the ferry region are performed, The pattern can be formed uniformly by eliminating the defect due to the step of the ferry region.
또한 셀 영역의 소자 분리막과 페리 영역의 소자 분리막을 서로 다른 절연막으로 형성할 수 있어 페리 영역의 트랜지스터 간의 절연 특성을 개선시킬 수 있다.In addition, the device isolation layer in the cell region and the device isolation layer in the ferry region may be formed of different insulating layers, thereby improving insulation characteristics between transistors in the ferry region.
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