KR0138324B1 - Manufacture of element isolation - Google Patents

Manufacture of element isolation

Info

Publication number
KR0138324B1
KR0138324B1 KR1019940027704A KR19940027704A KR0138324B1 KR 0138324 B1 KR0138324 B1 KR 0138324B1 KR 1019940027704 A KR1019940027704 A KR 1019940027704A KR 19940027704 A KR19940027704 A KR 19940027704A KR 0138324 B1 KR0138324 B1 KR 0138324B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
forming
antioxidant
buffer layer
oxide
Prior art date
Application number
KR1019940027704A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
양홍모
신윤승
구본영
형용우
Original Assignee
김광호
삼성전자 주식회사
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 김광호, 삼성전자 주식회사 filed Critical 김광호
Priority to KR1019940027704A priority Critical patent/KR0138324B1/en
Priority to US08/455,646 priority patent/US5523255A/en
Priority to JP7134173A priority patent/JPH0851105A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR0138324B1 publication Critical patent/KR0138324B1/en

Links

Abstract

SEPOX 방식을 이용한 소자분리막 형성방법이 기재되어 있다. 이는 반도체기판 상에 패드산화막을 형성하는 제1 공정, 상기 패드산화막 상에 산화버퍼층을 형성하는 제2 공정, 상기 산화버퍼층 상에 제1 산화방지막을 형성하는 제3 공정, 결과물을 열처리하는 제4 공정, 상기 제1 산화방지막 상에 제2 산화방지막을 형성하는 제5 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 산화방지막과 산화버퍼층 사이의 상부 버즈비크를 근본적으로 제거하고, 후속 사진 공정에서의 얼라인 불량을 방지함으로써, 안정된 분리 특성을 갖는 소자분리막의 크기를 서브 마이크론급으로 축소 형성할 수 있다.A device isolation film formation method using the SEPOX method is described. This is a first step of forming a pad oxide film on a semiconductor substrate, a second step of forming an oxide buffer layer on the pad oxide film, a third step of forming a first antioxidant film on the oxide buffer layer, and a fourth step of heat treating the resultant. And a fifth step of forming a second antioxidant film on the first antioxidant film. Therefore, by essentially removing the upper buzz beetle between the antioxidant film and the oxide buffer layer and preventing alignment defects in the subsequent photographic process, the size of the device isolation film having stable separation characteristics can be reduced to sub-micron class.

Description

소자분리막 형성방법Device Separator Formation Method

제1A도 및 제1B도는 일반적인 SEPOX 방식을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a general SEPOX scheme.

제2도는 SEPOX 방식에 있어서, 상부 버즈비크의 발생을 억제하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view for explaining a method of suppressing occurrence of upper buzz bees in the SEPOX system.

제3도는 SEPOX 공정 중 웨이퍼 휘어짐(warpage)이 발생한 웨이퍼를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a wafer in which wafer warpage has occurred during the SEPOX process.

제4A도 및 제4D도는 본 발명에 의한 소자분리막 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.4A and 4D are cross-sectional views illustrating a device isolation film forming method according to the present invention.

제5A도 및 제5B도는 종래 및 본 발명에 의한 EGA실험 데이타를 도시한 그래프들이다.5A and 5B are graphs showing EGA experimental data according to the conventional and the present invention.

제6A도 및 제6B도는 종래 및 본 발명에 의해 제조된 소자분리막의 SEM 사진들이다.6A and 6B are SEM images of a device isolation film manufactured by the conventional and the present invention.

본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 서브 마이크론(sub-micron)급 크기의 소자분리막 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation layer having a sub-micron size.

반도체장치의 고집적화에 따라, 반도체기판 상에 형성되는 개개의 소자의 크기가 축소될 뿐만 아니라, 개개의 소자를 전기적으로 분리시키는 소자분리 영역의 크기도 점차 서브 마이크론급으로 축소되고 있다.With the higher integration of semiconductor devices, not only the size of individual devices formed on the semiconductor substrate is reduced, but also the size of the device isolation region for electrically separating the individual devices is gradually reduced to sub-micron class.

개개의 소자를 전기적으로 분리시키는 여러가지 소자분리막 형성방법이 소개되었다. 그 중, 비활성영역, 즉 소자분리영역의 반도체기판에 세미리세스(semi-recess)된 필드산화막을 형성하는 LOCOS방식은 그 제조방법이 간단하나 활성영역 측으로 파고드는 모양으로 형성되는 버즈비크(Bird's beak)를 발생시키기 때문에 서브 마이크론급의 소자분리막 제조방법으로는 부적당하다.Various device isolation film forming methods for electrically separating individual devices have been introduced. Among them, the LOCOS method of forming a semi-recessed field oxide film on a semiconductor substrate in an inactive region, that is, a device isolation region, has a simple manufacturing method, but a bird's bead having a shape that penetrates into the active region. It is not suitable for the method of manufacturing a submicron device separator because it generates beak).

이와 같은 LOCOS방식의 문제점을 해결하기 위하여, 선택적 폴리실리콘 산화(Selective Polysilicon Oxidation; 이하 'SEPOX'라 한다) 방식이 제안되었는데, 제1A도 및 제1B도는 일반적인 SEPOX 방식을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.In order to solve the problem of the LOCOS method, a selective polysilicon oxidation (hereinafter referred to as 'SEPOX') method has been proposed, Figures 1A and 1B are cross-sectional views for explaining the general SEPOX method. .

반도체기판(1) 상에 열산화방식에 의해 얇은 패드산화막(2)을 형성하고, 상기 패드산화막(2)상에 버퍼 폴리실리콘층(3)을 형성한 후, 상기 폴리실리콘층(3) 상에 실리콘질화막(4)을 형성한다. 이어서, 사진식각 공정으로 소자분리영역에 형성되어 있는 상기 실리콘질화막(4)을 식각하여 소자분리 영역을 한정하는 개구부(도시되지 않음)를 형성한 다음, 상기 개구부에 의해 노출된 버퍼 폴리실리콘층(3)과 반도체기판(1)의 표면부위를 부분적으로 산화함으로써 필드산화막(5)을 형성한다(제1A도). 이어서, 상기 실리콘질화막(4) 및 산화되지 않은 버퍼 폴리실리콘층(3)을 제거한다(제1B도).A thin pad oxide film 2 is formed on the semiconductor substrate 1 by a thermal oxidation method, and a buffer polysilicon layer 3 is formed on the pad oxide film 2, and then on the polysilicon layer 3. The silicon nitride film 4 is formed in the film. Subsequently, the silicon nitride film 4 formed in the device isolation region is etched to form an opening (not shown) defining the device isolation region by a photolithography process, and then a buffer polysilicon layer exposed by the opening ( The field oxide film 5 is formed by partially oxidizing 3) and the surface portion of the semiconductor substrate 1 (Fig. 1A). Subsequently, the silicon nitride film 4 and the unoxidized buffer polysilicon layer 3 are removed (FIG. 1B).

상술한 SEPOX 방식에 의하면, 필드산화막 형성 시, 부피팽창에 의한 산화 응력이 버퍼 폴리실리콘층(3)에 가해지기 때문에 소자가 형성되는 기판에는 산화응력에 의한 스트레스가 감소되며, 버즈 비크의 크기도 줄일 수 있다. 그러나, 이러한 SEPOX 방식도 소자가 형성되는 활성영역이 서브 마이크론급 이하로 크게 작아지면서 버즈 비크가 두 곳에서 발생하는 문제점을 발생시킨다. 즉, 패드산화막(2)과 반도체기판(1) 사이에는 하부 버즈비크(제1A도의 참조부호 a)가 발생하고, 실리콘질화막(4)와 버퍼 폴리실리콘층(3) 사이에는 상부 버즈비크(제1B도의 참조부호 b)가 발생한다. 이때 하부 버즈비크는 활성영역의 크기를 감소시키는 문제점을, 그리고 상부 버즈비크는 이후의 제조공정에 의해 형성되는 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제점을 일으킨다.According to the SEPOX method described above, when the field oxide film is formed, the oxidative stress due to volume expansion is applied to the buffer polysilicon layer 3, so that the stress due to the oxidative stress is reduced on the substrate on which the element is formed, and the size of the buzz beak Can be reduced. However, this SEPOX method also causes a problem that the buzz bee occurs in two places as the active region in which the device is formed is significantly smaller than the sub-micron level. That is, a lower buzz beetle (reference numeral a in FIG. 1A) is generated between the pad oxide film 2 and the semiconductor substrate 1, and an upper buzz beetle is formed between the silicon nitride film 4 and the buffer polysilicon layer 3. Reference numeral b) in FIG. 1B occurs. In this case, the lower Buzzbeek causes a problem of reducing the size of the active region, and the upper Buzzbeek causes a problem of lowering the reliability of the device formed by a subsequent manufacturing process.

상기 하부 버즈비크의 경우, 패드산화막(2)의 두께를 작게하고 버퍼 폴리실리콘층(3)의 두께를 증가시키면 그 생성을 억제할 수 있지만, 상부 버즈비크의 경우는 상기 층들의 두께를 변경하는 것으로는 억제할 수 없다. 또한, 상기 상부 버즈비크가 심하게 발생하면, 필드산화막(5) 형성후 실리콘질화막과 버퍼 폴리실리콘층을 제거하더라도, 제2도에 도시된 바와 같이 버퍼 폴리실리콘층이 상기 상부 버즈비크 사이에 잔류하게 되어 (제1B도의 P참조) 필드산화막(5)이 소자분리막으로서의 역할을 상실하게 된다.In the case of the lower Buzzbeek, if the thickness of the pad oxide film 2 is reduced and the thickness of the buffer polysilicon layer 3 is increased, the formation thereof can be suppressed, but in the case of the top Buzzbeek, the thickness of the layers is changed. It cannot be suppressed. In addition, if the upper buzz bee occurs badly, even if the silicon nitride film and the buffer polysilicon layer are removed after the field oxide film 5 is formed, the buffer polysilicon layer remains between the upper buzz beak as shown in FIG. As a result, the field oxide film 5 (see P in FIG. 1B) loses its role as an element isolation film.

따라서, 서브 마이크론급의 소자분리막을 신뢰성있게 형성하기 위해서는 상부 버즈비크의 발생을 억제하여야 한다.Therefore, in order to form a submicron device isolation layer reliably, it is necessary to suppress the occurrence of the upper buzz beak.

제2도는 SEPOX 방식에 있어서, 상부 버즈비크의 발생을 억제하는 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 국내 특허출원된 반도체장치의 소자분리 방법(출원번호; 93-22236, 출원일자; 1993.10.25, 출원인; 삼성전자(주), 발명자; 조현진, 양흥모, 신윤승, 권오현)을 참조하였다.2 is a cross-sectional view for explaining a method of suppressing the occurrence of the upper buzz beak in the SEPOX system, a device isolation method of a semiconductor device (Korean Patent Application No. 93-22236, application date; October 25, 1993, Applicant) Samsung Electronics Co., Ltd .; Cho Hyun-jin, Yang Heung-mo, Shin Yun-seung, Kwon Oh-hyun).

이는, 반도체기판(1) 상에 패드산화막(2)을 형성하는 공정, 상기 패드산화막 상에 폴리실리콘층(3)을 형성하는 공정, 상기 폴리실리콘층 상에 실리콘질화막(4)을 형성하는 공정 및 결과물을 고온 열처리하여 폴리실리콘층과 실리콘질화막 사이의 계면을 안정화시키는 공정으로 진행된다. 이 후 필드산화막을 형성하는 공정은 제1A도에서 설명한 바와 같다.This is a process of forming a pad oxide film 2 on the semiconductor substrate 1, a process of forming a polysilicon layer 3 on the pad oxide film, and a process of forming a silicon nitride film 4 on the polysilicon layer. And the resultant is subjected to a high temperature heat treatment to stabilize the interface between the polysilicon layer and the silicon nitride film. Thereafter, the process of forming the field oxide film is as described with reference to FIG. 1A.

상술한 방법은, 실리콘질화막을 형성한 후에 고온의 열처리 공정을 진행하여, 실리콘질화막과 폴리실리콘층의 계면을 안정화시키는 공정을 제외하면, 엄격하게 상술한 바 있는 일반적인 SEPOX 방식과 동일하다.The method described above is strictly the same as the general SEPOX method described above, except that the silicon nitride film is formed, followed by a high temperature heat treatment process to stabilize the interface between the silicon nitride film and the polysilicon layer.

실리콘질화막과 폴리실리콘층 사이에 발생하는 상부 버즈비크는 폴리실리콘층 상에 형성된 자연산화막 때문이다. 이 자연산화막은 실리콘질화막을 형성하기 전 기판이 공기 중에 노출될 때 상기 폴리실리콘층 상에 형성되는 것으로, 인위적인 공정이 아닌 자연발생적이다. 실리콘질화막과 폴리실리콘층에 고온의 열을 가하면 상기한 자연산화막은 산화질화막(6)으로 변화되고, 이때 이들 계면은 안정화된다. 따라서, 필드산화막 형성을 위한 열산화 공정 시, 상기 계면에서 측면 산화되어 발생하는 상부 버즈비크를 줄일 수 있다.The upper Buzzbeek generated between the silicon nitride film and the polysilicon layer is due to the natural oxide film formed on the polysilicon layer. This natural oxide film is formed on the polysilicon layer when the substrate is exposed to air before forming the silicon nitride film, and is naturally occurring instead of an artificial process. When the high temperature heat is applied to the silicon nitride film and the polysilicon layer, the natural oxide film is changed to the oxynitride film 6, and these interfaces are stabilized. Therefore, in the thermal oxidation process for forming a field oxide film, it is possible to reduce the upper buzz bee generated by side oxidation at the interface.

그러나, 고온 열처리 시, 각 물질층은 서로 다른 열팽창 계수에 의해 서로 다른 크기만큼 팽창하게 되는데, 이는 막질간의 스트레스(stress)를 발생시켜 웨이퍼의 휘어짐(warpage)을 유발한다. (제3도 참조). 이러한 휘어짐 현상은 실리콘질화막의 두께가 두꺼울 수록 더욱 심각하게 나타나는데, 실리콘 질화막이 산화방지 및 식각저지층으로서의 역할을 충실히 행하기 위한 두께는 약 1,500Å 정도이다. 웨이퍼의 휘어짐 현상은 차후 진행되는 사진공정 시 미스얼라인(misalign)에 의한 EGA(Exposure Global Alignment)가 안되는 문제점을 가져와 소자의 신뢰도를 저하시키는 커다란 원인으로 작용한다.However, during the high temperature heat treatment, each material layer is expanded by different sizes by different coefficients of thermal expansion, which causes stress between the films to cause warpage of the wafer. (See Figure 3). This warpage phenomenon is more severe as the thickness of the silicon nitride film is thicker, and the thickness of the silicon nitride film to faithfully serve as an antioxidant and etch stop layer is about 1,500 kPa. The warpage of the wafer causes a problem that EGA (Exposure Global Alignment) is not caused by misalignment in a subsequent photographic process, which is a great cause of deterioration of device reliability.

따라서, 웨이퍼의 휘어짐이 없으면서도 버즈비크의 크기를 줄일 수 있는 소자분리막 형성방법이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for a device isolation film forming method capable of reducing the size of the Buzz beak without warping the wafer.

본 발명의 목적은 서브 마이크론급 이하의 소자분리막을 신뢰성있게 형성할 수 있는 소자분리막 형성방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 휘어짐이 없는 소자분리막 형성방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a device isolation film forming method capable of forming a device isolation film of sub-micron level or less reliably. Another object of the present invention is to provide a device isolation film forming method without warping of a wafer.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 소자분리막 형성방법은, 반도체기판 상에 패드산화막을 형성하는 제1 공정, 상기 패드산화막 상에 산화버퍼층을 형성하는 제2 공정, 상기 산화버퍼층 상에 제1 산화방지막을 형성하는 제3 공정, 결과물을 열처리하는 제4 공정, 상기 제1 산화방지막 상에 제2 산화방지막을 형성하는 제5 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.A device isolation film forming method for achieving the above object of the present invention, a first step of forming a pad oxide film on a semiconductor substrate, a second step of forming an oxide buffer layer on the pad oxide film, a first oxidation on the oxide buffer layer And a third step of forming a protective film, a fourth step of heat treating a resultant product, and a fifth step of forming a second antioxidant film on the first antioxidant film.

상기 제2 공정 이후에, 질소가스를 이용하여 상기 산화버퍼층 상에 형성되어 있을 지도 모를 자연산화막을 질화시키는 공정을 추가하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 질소가스로 NHx를 사용한다.After the second step, it is preferable to add a step of nitriding a natural oxide film which may be formed on the oxide buffer layer using nitrogen gas. In this case, NH x is used as the nitrogen gas.

상기 산화버퍼층은 불순물이 도우프되어 있거나 도우프되어 있지 않은 다결정실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다.The oxide buffer layer is preferably formed of polycrystalline silicon which is doped or not doped with impurities.

상기 제1 및 제2 산화방지막은 질화실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the first and second antioxidant films are formed of silicon nitride.

상기 제1 산화방지막은 100Å~500Å 정도의 두께로 형성되고, 상기 제1 산화방지막과 상기 제2 산화방지막을 합한 두께는 1,000Å~3,000Å 정도인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 제1 산화방지막은 약 200Å 정도의 두께로 형성된다.Preferably, the first antioxidant film is formed to a thickness of about 100 kPa to about 500 kPa, and the thickness of the first antioxidant film and the second antioxidant film is about 1,000 kPa to about 3,000 kPa. More preferably, the first antioxidant film is formed to a thickness of about 200 kPa.

상기 제4 공정은 질소분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.The fourth process is preferably carried out in a nitrogen atmosphere.

상기 제4 공정은 1050℃~1150℃에서 진행되고, 1~4시간동안 진행되는 것이 바람직하다.The fourth process is carried out at 1050 ° C ~ 1150 ° C, preferably for 1 to 4 hours.

상기 제4 공정은 약 1150℃에서 약 8시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.The fourth process is preferably performed for about 8 hours at about 1150 ℃.

상기 제4 공정은 N 및 P웰 형성을 위한 드라이브-인 (drive-in) 공정과 동시에 진행되는 것이 바람직하다.The fourth process is preferably performed simultaneously with a drive-in process for forming N and P wells.

상기 제5 공정 이후에, 소자분리막이 형성될 영역의 상기 제1 및 제2 산화방지막을 식각하여 개구부를 형성하는 제6 공정 및 상기 개구부를 통해 표면으로 노출된 상기 산화버퍼층을 산화시켜 소자분리막을 형성하는 제7 공정을 추가하는 것이 바람직하다.After the fifth process, a sixth process of forming an opening by etching the first and second anti-oxidation films in the region where the device isolation film is to be formed, and oxidizing the oxide buffer layer exposed to the surface through the opening to form an device isolation film. It is preferable to add the seventh process to form.

따라서, 본 발명에 의한 소자분리막 형성방법에 의하면, 제1 산화방지막을 얇게 형성한 후 열처리를 행하기 때문에, 산화방지막을 처음부터 두껍게 형성하던 종래보다 막질 간의 스트레스를 더욱 완화시킬 수 있어, 결과적으로 웨이퍼의 휘어짐을 방지한다. 또한, 열처리 된 결과물 상에 두꺼운 제2 산화방지막을 형성하므로 산화방지 및 식각저지층으로서의 역할을 충분히 행할 수 있도록 하였다.Therefore, according to the device isolation film forming method according to the present invention, since the first antioxidant film is thinly formed and then heat treated, the stress between the film materials can be further alleviated as compared with the conventionally formed thick antioxidant film from the beginning. Prevents warping of the wafer. In addition, a thick second anti-oxidation film was formed on the resultant heat treated product, thereby sufficiently serving as an anti-oxidation and etch stop layer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the present invention.

제4A도 및 제4D도는 본 발명에 의한 소자분리막 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.4A and 4D are cross-sectional views illustrating a device isolation film forming method according to the present invention.

먼저, 제4A도는 반도체기판(10)상에 패드산화막(20) 및 산화버퍼층(30)을 형성하는 공정을 도시한 것으로서, 이는, 반도체기판(10) 상에 통상의 열산화 방식에 의해 약 240Å 정도 두께의 패드산화막(20)을 형성하는 제1 공정 및 상기 패드산화막 상에 반도체기판을 구성하는 물질과 유사한 성질을 갖는 물질, 예컨대 불순물이 도우프된 다결정실리콘 또는 불순물이 도우프되지 않은 다결정실리콘을, 예컨대 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vaper Deposition; 이하 LPCVD라 한다) 방식으로 증착함으로써 이후에 진행되는 필드산화막 형성을 위한 열산화 공정 시, 부피팽창에 의한 스트레스를 완화시키는 역할을 하는 산화버퍼층(30)을 형성하는 제2 공정으로 진행된다.First, FIG. 4A illustrates a process of forming the pad oxide film 20 and the oxide buffer layer 30 on the semiconductor substrate 10, which is about 240 kW on the semiconductor substrate 10 by a conventional thermal oxidation method. The first step of forming the pad oxide film 20 having a thickness and a material having properties similar to those of the material constituting the semiconductor substrate on the pad oxide film, such as polycrystalline silicon doped with impurities or polycrystalline silicon not doped with impurities The oxide buffer layer serves to relieve the stress due to volume expansion during the thermal oxidation process for subsequent field oxide film formation by depositing, for example, by Low Pressure Chemical Vaper Deposition (LPCVD). It proceeds to the 2nd process of forming 30.

이때, 상기 패드산화막(20) 및 산화버퍼층(30)은 필드산화막 형성시 기판의 스트레스를 완화시킬 수 있고, 식각저지층으로서의 역할을 수행하기에 충분한 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 본 발명에서는 상기 패드산화막(20)은 약 110Å~500Å 정도의 두께로 형성하였고, 상기 산화버퍼층(30)은 약 500Å~2,000Å 정도의 두께로 형성하였다.In this case, the pad oxide film 20 and the oxide buffer layer 30 may be formed to have a thickness sufficient to reduce the stress of the substrate when forming the field oxide film, and to serve as an etch stop layer. In the present invention, the pad oxide film 20 was formed to a thickness of about 110 ~ 500Å, the oxide buffer layer 30 was formed to a thickness of about 500 ~ 2000Å.

산화버퍼층(30)으로 사용되는 상기 다결정실리콘은 공기 중에 노출되면, 다결정실리콘을 구성하고 있는 실리콘 입자와 공기 중의 산소입자가 결합하여, 그 표면에 약 10Å~100Å 정도 두께의 자연산화막(native oxide) (도시되지 않음)이 성장된다. 이러한 자연산화막에서는 다결정실리콘층 또는 실리콘질화막 보다 산화제(산소)의 확산 속도가 더 빠르기 때문에, 상기 자연산화막의 존재는 상부 버즈비크(제1도의 b참조)의 크기를 증가시키는 요인이 된다.When the polycrystalline silicon used as the oxide buffer layer 30 is exposed to air, silicon particles constituting the polycrystalline silicon and oxygen particles in the air are bonded to each other, and a native oxide film having a thickness of about 10 kPa to 100 kPa is formed on the surface thereof. (Not shown) is grown. Since the diffusion rate of the oxidizing agent (oxygen) is faster in the natural oxide film than in the polycrystalline silicon layer or the silicon nitride film, the presence of the natural oxide film increases the size of the upper Buzzbeek (see b in FIG. 1).

산화버퍼층이 형성되어 있는 반도체기판을 질화막 증착 챔버 내에 넣은 후, 질소(NHx) 가스 분위기에서 약 850℃의 온도로 그 표면을 열처리함으로써 상기 자연산화막을 SiON 구조의 실리콘 질화막으로 전환시킨다. 상기 실리콘 질화막에서는 자연산화막에서 보다 산화제의 확산속도가 억제되어 상부 버즈비크의 생성을 억제할 수 있다.The semiconductor substrate on which the oxide buffer layer is formed is placed in a nitride film deposition chamber, and the natural oxide film is converted into a silicon nitride film having a SiON structure by heat-treating the surface at a temperature of about 850 ° C. in a nitrogen (NH x ) gas atmosphere. In the silicon nitride film, the diffusion rate of the oxidant may be suppressed more than in the natural oxide film, thereby suppressing generation of the upper buzz beak.

제4B도는 제1 산화방지막(40) 형성 및 고온 열처리 공정을 도시한 것으로서, 이는 상기 산화버퍼층 상에, 예컨대 LPCVD 방식을 이용하여 실리콘 질화막을 증착함으로써 제1 산화방지막(40)을 형성하는 제1 공정 및 결과물을 고온 열처리하는 제2 공정으로 진행된다.FIG. 4B shows the formation of the first antioxidant film 40 and the high temperature heat treatment process. The first antioxidant film 40 is formed by depositing a silicon nitride film on the oxide buffer layer using, for example, LPCVD. The process and the resultant proceed to the second process of high temperature heat treatment.

이때, 상기 제1 산화방지막(40)은 후속으로 진행되는 고온 열처리시 막질간의 열팽창 차이로 인한 스트레스를 최소화하여 웨이퍼의 휘어짐을 방지할 수 있는 정도의 두께로 형성되어야 하는데, 바람직하게는 100Å~500Å 정도이고, 더욱 바람직하게는 약 200Å 정도의 두께이다.At this time, the first antioxidant film 40 should be formed to a thickness that can prevent the warpage of the wafer by minimizing the stress due to the difference in thermal expansion between the film quality during the subsequent high temperature heat treatment, preferably 100 kPa ~ 500 kPa And, more preferably, about 200 mm thick.

상기 제2 공정은, 제1 산화방지막(40)이 형성되어 있는 결과물을 질소 분위기에서, 약 1,150℃ 정도의 고온에서, 약 8시간 정도의 시간 동안 열처리하는 것으로 진행된다. 이와 같이 열처리를 하면, 상기 제1 산화방지막(40)과 산화버퍼층(30) 간의 계면(interface)이 안정화되고, 산화버퍼층을 구성하는 다결정실리콘의 그레인(grain) 크기가 증가함으로써, 후속 산화 공정 시, 상기 그레인 경계를 따라 우선 산화되는 현상이 없어지므로 상부 버즈비크의 생성을 근본적으로 억제할 수 있다.The second step proceeds by heat-treating the resultant on which the first antioxidant film 40 is formed in a nitrogen atmosphere at a high temperature of about 1,150 ° C. for about 8 hours. This heat treatment stabilizes the interface between the first antioxidant film 40 and the oxide buffer layer 30, and increases the grain size of the polycrystalline silicon constituting the oxide buffer layer. Since the phenomenon of first oxidation along the grain boundary is eliminated, it is possible to fundamentally suppress the formation of the upper Buzzbeek.

또한, 상기 자연산화막을 질화공정을 거쳐 산화질화막으로 변환시키지 않고 그대로 둘 경우, 자연산화막을 구성하는 산소 원자는 상기 고온 열처리에 의해 제1 산화방지막을 구성하는 질소 원자와 결합하여 산화질화막을 형성한다.In addition, when the natural oxide film is left without being converted into an oxynitride film through a nitriding process, oxygen atoms constituting the natural oxide film are combined with nitrogen atoms constituting the first antioxidant film by the high temperature heat treatment to form an oxynitride film. .

제1 산화방지막(40) 형성 후에 질소 분위기에서 기판을 열처리하는 공정은, 약 1,050℃~1,150℃ 사이의 온도에서도 실시 가능하며, 특별히 1,150℃로만 한정되는 것은 아니다. 상술한 실시예에서는 1,150℃, 8시간의 열처리로 현저한 상부 버즈비크의 억제를 보이고 있으나, 1,050℃~1,150℃, 1~4시간 정도의 열처리 공정으로도 상부 버즈비크의 감소에 의한 불량제거 효과가 현저하게 나타난다.The step of heat-treating the substrate in a nitrogen atmosphere after the formation of the first antioxidant film 40 can be performed at a temperature of about 1,050 ° C to 1,150 ° C, and is not particularly limited to 1,150 ° C. In the above-described embodiment, the remarkable suppression of the upper buzz is shown by heat treatment at 1,150 ° C. and 8 hours, but the defect removal effect due to the reduction of the upper buzz beak is also achieved by heat treatment at 1,050 ° C. to 1,150 ° C. and 1 to 4 hours. Appears remarkably.

CMOS를 제조하기 위해 형성되는 N형 또는 P형 웰은, 반도체기판에 N형 또는 P형 불순물 이온을 주입한 후, 드라이브-인 (열처리 공정)공정에 의해 이들을 반도체기판 내로 확산시킴으로써 형성된다. 이때, 드라이브-인 공정이란 반도체기판을 고온의 열로 장시간 처리하는 것을 의미한다.An N-type or P-type well formed for manufacturing a CMOS is formed by implanting N-type or P-type impurity ions into a semiconductor substrate and then diffusing them into the semiconductor substrate by a drive-in (heat treatment step) process. In this case, the drive-in process means processing the semiconductor substrate for a long time with high temperature heat.

제1 산화방지막(40)을 형성한 후 고온 열처리하는 상기 공정은, 상술한 드라이브-인 공정의 공정 조건과 거의 동일하기 때문에, 웰 형성을 위한 드라이브-인 공정으로도 함께 이용될 수 있다. 따라서, 별도의 드라이브-인 공정 없이도 웰 형성이 가능하다.Since the process of forming the first antioxidant film 40 and then performing high temperature heat treatment is almost the same as the process conditions of the above-described drive-in process, it may be used together as a drive-in process for well formation. Thus, well formation is possible without a separate drive-in process.

상부 버즈비크의 크기를 줄이기 위한 고온 열처리 공정을, CMOS의 웰 형성을 위한 드라이브-인 공정과 공용하는 방법에 대해서는, 언급한 바 있는 국내 특허 출원번호 93-22236에 자세히 기재되어 있다.The method of sharing the high temperature heat treatment process for reducing the size of the upper Buzzbeek with the drive-in process for forming the wells of the CMOS is described in detail in the aforementioned domestic patent application No. 93-22236.

제4C도는 제2 산화방지막(50) 및 개구부(11)를 형성하는 공정을 도시한 것으로서, 이는 열처리된 결과물 상에 상기 제1 산화방지막(40)을 구성하는 물질과 동일 물질, 예컨대 실리콘 질화막을, 예컨대 1,300Å 정도의 두께로 도포하여 제2 산화방지막(50)을 형성하는 제1 공정 및 소자분리 영역의 상기 제1 및 제2 산화방지막을 제거하여 산화버퍼층(30)을 표면으로 부분적으로 노출시키는 개구부(11)을 형성하는 제2 공정으로 진행된다.FIG. 4C illustrates a process of forming the second antioxidant film 50 and the opening 11, which is formed of the same material as the material constituting the first antioxidant film 40 on the heat-treated resultant, for example, silicon nitride film. For example, the first step of forming the second antioxidant film 50 by applying a thickness of about 1,300 GPa and the first and second antioxidant films of the device isolation region are removed to partially expose the oxide buffer layer 30 to the surface. It progresses to the 2nd process of forming the opening part 11 to make.

이때, 상기 제1 산화방지막(40) 및 제2 산화방지막(50)을 합한 두께는 상기 산화방지막이 산화방지 및 식각저지층으로서의 역할을 충분히 행할 수 있을 정도의 두께, 즉 1,000Å~3,000Å 정도인 것이 바람직하다. 이 중, 상기 제1 산화방지막(40)은 앞서 상술한 바와 같이, 고온 열처리 시, 막질간의 스트레스로 인해 웨이퍼의 휘어짐 현상이 일어나지 않을 정도의 두께로 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 개구부(11)은 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 방법에 의해 형성된다.In this case, the thickness of the sum of the first antioxidant film 40 and the second antioxidant film 50 is such that the thickness of the antioxidant film is sufficient to play a role as an antioxidant and etch stop layer, that is, about 1,000 ~ 3,000 Å Is preferably. Among these, as described above, the first antioxidant layer 40 is preferably formed to a thickness such that the warpage of the wafer does not occur due to stress between films during high temperature heat treatment. In addition, the opening 11 is formed by a reactive ion etching method using a photoresist pattern as an etching mask.

제4D도는 소자분리막(60)을 형성하는 공정을 도시한 것으로서, 이는 통상의 열산화 방법에 의해 상기 개구부에 의해 노출된 산화버퍼층(30) 및 상기 개구부 부위의 반도체기판(10)의 표면을 부분적으로 산화하는 공정으로 진행된다. 이때, 상기 소자분리막(60)은 약 4,000Å 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.FIG. 4D illustrates a process of forming the device isolation film 60, which partially covers the surface of the oxide buffer layer 30 exposed by the opening and the semiconductor substrate 10 in the opening portion by the conventional thermal oxidation method. It proceeds to the process of oxidizing. In this case, the device isolation layer 60 is preferably formed to a thickness of about 4,000Å.

상기 제4D도에 있어서, 도면부호 55는 제1 산화방지막 및 제2 산화방지막을 합하여 명칭한 것이다.In FIG. 4D, reference numeral 55 denotes a combination of the first antioxidant film and the second antioxidant film.

제4E도는 제1 및 제2 산화방지막 및 산화버퍼층을 제거하는 공정을 도시한 것으로서, 이는 통상의 방법으로 반도체기판 상에 적층되어 있는 제1 및 제2 산화방지막 및 산화되지 않은 산화버퍼층을 제거하는 공정으로 진행된다.4E shows a process for removing the first and second antioxidant films and oxide buffer layers, which remove the first and second antioxidant films and the unoxidized oxide buffer layers stacked on the semiconductor substrate in a conventional manner. The process proceeds.

이때, 소자들 간의 전기적 분리를 더욱 강화시키는 채널 스톱층(channel stop layer) 형성을 위한 이온 주입은 개구부를 형성한 후 (제4C도 참조) 실시할 수도 있고, 소자분리막을 형성 후 (제4D도 참조)에 실시할 수도 있다.In this case, ion implantation for forming a channel stop layer to further strengthen the electrical separation between the devices may be performed after the openings are formed (see FIG. 4C), or after the device isolation film is formed (FIG. 4D). Reference).

본 발명에 의한 소자분리막 형성방법에 의하면, 제1 산화방지막 형성 후 실시하는 고온 열처리 공정에 의하여, 산화버퍼층과 산화방지막의 계면을 안정화시키고, 산화버퍼층을 구성하는 다결정실리콘의 그레인 사이즈가 증가됨으로써 소자분리막 형성을 위한 산화공정 시 상기 그레인 경계를 따라 우선 산화되는 현상이 없어져 상부 버즈비크의 크기가 현저하게 줄어든다. 또한 고온 열처리 시 발생하는 막질 간의 열팽창 차이로 인한 웨이퍼의 휘어짐 (warpage)은 제1 산화방지막의 두께를 얇게함으로써 최소화하였고, 이에 따라 후속 사진 공정시 발생하는 얼라인 불량을 방지할 수 있었다.According to the device isolation film forming method according to the present invention, by the high temperature heat treatment process performed after the first antioxidant film is formed, the interface between the oxide buffer layer and the antioxidant film is stabilized, and the grain size of the polycrystalline silicon constituting the oxide buffer layer is increased. In the oxidation process for forming the separator, the phenomenon of first oxidizing along the grain boundary is eliminated, thereby significantly reducing the size of the upper Buzzbeek. In addition, warpage of the wafer due to the difference in thermal expansion between the film quality generated during the high temperature heat treatment was minimized by thinning the thickness of the first antioxidant layer, thereby preventing alignment defects occurring during the subsequent photographic process.

제5A도 및 제5B도는 종래 및 본 발명에 의한 EGA 실험 데이타를 도시한 그래프로써, 종래 방식에서는 반도체기판의 휘어짐이 심하여, 상기 제5A도에 나타난 것처럼, 사진 공정에서 EGA값이 -1~-12ppm으로 미스 얼라인이 심하게 발생한다는 것을 알 수 있다. 하지만 얇은 제1 산화방지막을 형성하고 이를 열처리 한 후에 다시 제2 산화방지막을 형성하는 본 발명의 방법에서는, 상기 제5B도에 나타난 것처럼, EGA값이 -1~-1ppm 정도로 미스 얼라인이 거의 없다는 것을 알 수 있다.5A and 5B are graphs showing conventional and EGA experimental data according to the present invention. In the conventional method, the warp of the semiconductor substrate is severe, and as shown in FIG. 5A, the EGA value is -1 to-in the photographing process. 12 ppm indicates that misalignment is severe. However, in the method of the present invention, which forms a thin first antioxidant film and heat-treats it, and then again forms a second antioxidant film, as shown in FIG. 5B, there is almost no misalignment such that the EGA value is -1 to -1 ppm. It can be seen that.

제6A도 및 제6B도는 종래 및 본 발명에 의해 제조된 소자분리막의 SEM 사진으로써, 종래 방식에 의해 제조된 소자분리막과 본 발명의 방식에 의해 제조된 소자분리막의 모양에 있어서, 상부 버즈비크의 길이에 차이가 없음을 알 수 있다.6A and 6B are SEM photographs of the device isolation film prepared according to the prior art and the present invention. In the shape of the device isolation film manufactured by the conventional method and the device isolation film manufactured by the method of the present invention, It can be seen that there is no difference in length.

따라서, 종래의 SEPOX 방식에서 발생하는 산화방지막과 산화버퍼층 사이의 상부 버즈비크를 근본적으로 제거하고, 후속 사진 공정에서의 얼라인 불량을 방지함으로써, 안정된 분리 특성을 갖는 소자분리막을 서브 마이크론급으로 축소 형성할 수 있다.Therefore, by essentially removing the upper buzz beetle between the antioxidant film and the oxide buffer layer generated in the conventional SEPOX method, and prevents the misalignment in the subsequent photographic process, reducing the device isolation film having a stable separation characteristics to sub-micron class Can be formed.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명이 속한 기술적 사상내에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능함은 명백하다.The present invention is not limited only to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art.

Claims (14)

반도체기판 상에 패드산화막을 형성하는 제1 공정;A first step of forming a pad oxide film on the semiconductor substrate; 상기 패드산화막 상에 산화버퍼층을 형성하는 제2 공정;A second step of forming an oxide buffer layer on the pad oxide film; 상기 산화버퍼층 상에 제1 산화방지막을 형성하는 제3 공정;A third step of forming a first antioxidant film on the oxide buffer layer; 결과물을 열처리하는 제4 공정;A fourth step of heat-treating the resultant; 상기 제1 산화방지막 상에 제2 산화방지막을 형성하는 제5 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.And a fifth step of forming a second antioxidant film on the first antioxidant film. 제1항에 있어서, 상기 패드산화막은 110Å~500Å 정도의 두께로 형성되고, 상기 산화버퍼층은 500Å~2,000Å 정도의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the pad oxide film is formed to a thickness of about 110 kV to about 500 kPa, and the oxide buffer layer is formed to a thickness of about 500 kPa to about 2,000 kPa. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정 이후에, 질소가스를 이용하여 상기 산화버퍼층 상에 형성되어 있을 지도 모를 자연산화막을 질화시키는 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, further comprising, after the second step, nitriding a natural oxide film that may be formed on the oxide buffer layer using nitrogen gas. 제3항에 있어서, 상기 질화공정은 NHx가스를 사용하여, 850℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 3, wherein the nitriding process is performed at a temperature of 850 ° C. using NH x gas. 제1항에 있어서, 상기 산화버퍼층은 불순물이 도우프되어 있거나 도우프되어 있지 않은 다결정실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the oxide buffer layer is formed of polycrystalline silicon that is doped or not doped with impurities. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산화방지막은 질화실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the first and second antioxidant layers are formed of silicon nitride. 제1항에 있어서, 상기 제1 산화방지막은 100Å~500Å 정도의 두께로 형성되고, 상기 제1 산화방지막과 상기 제2 산화방지막을 합한 두께는 1,000Å~3,000Å 정도인 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The device of claim 1, wherein the first antioxidant layer is formed to a thickness of about 100 kPa to about 500 kPa, and the thickness of the first antioxidant film and the second antioxidant film is about 1,000 kPa to about 3,000 kPa. Formation method. 제7항에 있어서, 상기 제1 산화방지막은 약 200Å 정도의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 7, wherein the first antioxidant layer is formed to a thickness of about 200 μs. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정은 질소분위기에서 진행되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the fourth process is performed in a nitrogen atmosphere. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정은 1050℃~1150℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the fourth process is performed at 1050 ° C. to 1150 ° C. 7. 제10항에 있어서, 상기 제4 공정은 1~4시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 10, wherein the fourth process is performed for 1 to 4 hours. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정은 약 1150℃에서 약 8시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the fourth process is performed at about 1150 ° C. for about 8 hours. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정은 N 및 P웰 형성을 위한 드라이브-인(drive-in) 공정과 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the fourth process is performed simultaneously with a drive-in process for forming N and P wells. 제1항에 있어서, 상기 제5 공정 이후에, 소자분리막이 형성될 영역의 상기 제1 및 제2 산화방지막을 식각하여 개구부를 형성하는 제6 공정 및 상기 개구부를 통해 표면으로 노출된 상기 산화버퍼층을 산화시켜 소자분리막을 형성하는 제7 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 소자분리막 형성방법.The sixth process of claim 1, wherein after the fifth process, the first and second anti-oxidation layers of the region where the device isolation layer is to be formed are etched to form openings, and the oxide buffer layer exposed to the surface through the openings. And a seventh step of forming an isolation layer by oxidizing the oxide.
KR1019940027704A 1994-05-31 1994-10-27 Manufacture of element isolation KR0138324B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019940027704A KR0138324B1 (en) 1994-10-27 1994-10-27 Manufacture of element isolation
US08/455,646 US5523255A (en) 1994-05-31 1995-05-31 Method for forming a device isolation film of a semiconductor device
JP7134173A JPH0851105A (en) 1994-05-31 1995-05-31 Device separation membrane formation of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019940027704A KR0138324B1 (en) 1994-10-27 1994-10-27 Manufacture of element isolation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR0138324B1 true KR0138324B1 (en) 1998-06-01

Family

ID=19396171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019940027704A KR0138324B1 (en) 1994-05-31 1994-10-27 Manufacture of element isolation

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR0138324B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100480571B1 (en) * 1997-11-13 2005-07-25 삼성전자주식회사 Device Separation Method in Semiconductor Devices
KR100791779B1 (en) * 2002-12-30 2008-01-03 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for isolating a active cell of a semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100480571B1 (en) * 1997-11-13 2005-07-25 삼성전자주식회사 Device Separation Method in Semiconductor Devices
KR100791779B1 (en) * 2002-12-30 2008-01-03 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for isolating a active cell of a semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100316221B1 (en) Novel shallow trench isolation technique
US6140242A (en) Method of forming an isolation trench in a semiconductor device including annealing at an increased temperature
EP0428283B1 (en) Method for local oxidation of silicon
JP3273636B2 (en) Integrated circuit and manufacturing method thereof
KR970003893B1 (en) Method of isolation of the elements on the semiconductor device
KR0176155B1 (en) Isolation method of semiconductor device
JP3974269B2 (en) Method for forming trench isolation in semiconductor device
US5523255A (en) Method for forming a device isolation film of a semiconductor device
US5397732A (en) PBLOCOS with sandwiched thin silicon nitride layer
JPH06163532A (en) Method for isolation of semiconductor element
KR0138324B1 (en) Manufacture of element isolation
JP3064994B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US4635344A (en) Method of low encroachment oxide isolation of a semiconductor device
US5763316A (en) Substrate isolation process to minimize junction leakage
JPH07176742A (en) Manufacture of semiconductor device and semiconductor device
JP2629615B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2707901B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US5994216A (en) Method of forming a reduced size contact in a dielectric layer by using bird's beak of oxidized polysilicon to create an etching mask
KR100521790B1 (en) Method of forming narrow thermal silicon dioxide side isolation regions in a semiconductor substrate and mos semiconductor device fabricated by this method
KR0123734B1 (en) Forming method of isolation region
JPH11186253A (en) Manufacture of semiconductor device
KR20030052663A (en) method for isolating semiconductor device
KR930011908B1 (en) Isolating method of semiconductor device
KR0140845B1 (en) Forming method of isolation film on semiconductor device
KR0167675B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device provided with an isolation region

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20030107

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee