KR0177392B1 - 반도체 기판에서의 소자간 격리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화방지막인 실리콘 질화막의 손상을 방지하고, 필드 산화막의 단차를 최소화하며 버즈 빅 발생으로 인한 필드 산화막인 실리콘 산화막의 침투로 인한 소자형성영역의 감소를 방지할 수 있도록, 반도체 기판상의 소자가 형성될 영역사이의 격리영역에 산화막을 두껍게 형성하는 반도체 기판에서의 소자간 격리방법에 있어서, 반도체 기판상에 내산화성을 가지는 제1물질과, 질화막과 식각선택성을 가지는 제2물질을 차례로 적층한 후, 격리영역만을 선택식각하여 반도체 기판의 표면을 노출시키고, 소자형성영역에 산화방지막과 그 상부의 식각멈춤막을 형성하는 단계와, 식각먹춤막과 산화방지막 및 반도체 기판의 노출된 표면위에 질화막을 적층한 후, 질화막을 에치백하여 식각멈춤막과 산화방지막의 측면에만 질화막을 잔류시키는 단계와, 질화막을 마스크로 격리영역의 반도체 기판을 소정깊이까지 식각하고, 식각차단막을 식각제거하는 단계와, 질화막과 산화방지막을 마스크로 필드 산화하여 소자격리영역에 두꺼운 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 기판에서의 소자간 격리방법
제1도는 종래에 따른 반도체 기판에서의 소자간 격리방법을 예시한 도면.
제2도는 본 발명에 따른 반도체 기판에서의 소자간 격리방법을 예시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,20 : 실리콘 기판 11,14,21,21a,25 : 실리콘 산화막
12,13,13a,22,22a,24,24a : 실리콘 질화막
23,23a : 다결정실리콘층
본 발명은 반도체 기판에 형성되는 소자간의 전기적 절연을 위한 소자간 격리방법에 관한 것으로, 특히 로코스 격리방법에 있어서 간단한 제조공정으로 버즈 빅(bird's beak) 발생을 방지하기에 적당하도록 한 반도체 기판에서의 소자간 격리방법에 관한 것이다.
반도체 소자 중 디램(DRAM : Dynamic Random Access Memory) 소자는 3년마다 4배에 달하는 집적도의 증가추세를 보이고 있다. 현재 16MB 디램이 대량생산되고 있으나, 몇 년 내에 64MB 디램 및 256MB 디램 소자도 양산단계로 접어들 추세에 있다. 이러한 소자 집적도의 증가는 소자 각각의 구성요소면적 및 전체 소자 크기의 감소를 수반하게 되어 결과적으로 소자간의 거리가 가까워지고 있어서 여러 가지 공정상의 제약을 맞게 되고 있는데, 그중에서 좁은 공간에서의 소자간 격리방법에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다.
종래에 제안된 대표적인 반도체 기판에서의 소자간 격리방법으로는 컨벤셔널 로코스(Conventional local oxidation of silicon : C_LOCOS) 격리방법이 있다. 컨벤셔널 로코스 격리방법은 질화막 마스크를 이용하여 노출된 반도체 기판을 국부적으로 선택산화시키는 방법으로, 소자 격리라는 측면에서는 종래의 여타기술에 비하여 상당한 진보를 가져왔지만, 제1도에 도시한 바와 같이, 국부선택산화공정에서 실리콘 질화막 하부로 실리콘 산화막이 성장하는 버즈 빅 현상이 심각하게 나타나서 소자가 형성될 활성영역의 면을 감소시키고, 또한 반도체 기판 위로 산화막이 성장하여 토폴로지(topology)가 나빠져 후속공정에서의 공정마진의 확보에 어려움을 가져왔다.
제1도는 컨벤셔날 로코스격리방법을 개량하여 버즈 빅 등을 감소시키기 위하여 종래에 제안된 기술들 중 하나를 도시한 단면도이다.
먼저, 제1도의 (a)와 같이, 실리콘 기판(10)상에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 차례로 적층하고, 이를 선택 식각하여 격리영역의 실리콘 기판 표면이 노출되도록 제거된 패턴의 실리콘 질화막(12)과 실리콘 산화막(11)을 형성한다.
다음으로, 제1도의 (b)와 같이, 실리콘 기판(10)의 노출된 표면과 소자 형성영역에 남아 있는 실리콘 질화막(12)의 상부에 실리콘 질화막(13)을 적층한다.
다음으로, 제1도의 (c)와 같이, 실리콘 질화막(13)을 에치백(etch-back)하여 실리콘 기판(10)의 격리영역의 일부 표면을 노출시키면서, 실리콘 질화막(12) 및 실리콘 산화막(12)의 측면에만 남아 있도록 한다. 미설명 도면부호 13a는 잔류된 실리콘 질화막이다.
다음으로, 제1도의 (d)와 같이, 실리콘 질화막(12)(13a)을 마스크로 실리콘 기판(10)을 산화하여 필드 산화막이라고 불리는 실리콘 산화막(14)을 형성한다.
다음으로, 제1도의 (e)와 같이, 실리콘 질화막(12)(13a) 및 실리콘 산화막(11)을 제거한다.
이와 같은 공정을 진행한 후, 평탄화 공정 등을 진행하여 소자격리영역상에 절연층을 형성함으로써, 소자간 격리공정을 완료한다.
그런데, 제1도와 같은 반도체 기판에서의 소자간 격리방법은 측벽형태의 실리콘 질화막(13a)을 에치백공정을 이용하여 형성하는데, 실리콘 산화막(11)/실리콘 질화막(12)의 적층구조 위에 실리콘 질화막을 적층한 후, 에치백을 하는 것이기 때문에 실리콘 질화막(12)이 에치백 공정에서 손상을 입을 수 있어서, 웨이퍼 전면에서 균일한 필드 버즈 빅의 제어가 어려워지고, 일부영역에서의 실리콘 질화막에 의한 스트레스(stress)의 증가가 우려된다.
그래서, 본 발명은 산화방지막인 실리콘 질화막의 손상을 방지하고, 필드 산화막의 단차를 최소화하며 버즈 빅 발생으로 인한 필드 산화막인 실리콘 산화막의 침투로 인한 소자형성영역의 감소를 방지할 수 있도록, 반도체 기판상의 소자가 형성될 영역사이의 격리영역에 산화막을 두껍게 형성하는 반도체 기판에서의 소자간 격리방법에 있어서, 반도체 기판상에 내산화성을 가지는 제1물질과, 질화막과 식각선택성을 가지는 제2물질을 차례로 적층한 후, 격리영역만을 선택식각하여 반도체 기판의 표면을 노출시키고, 소자형성영역에 산화방지막과 그 상부의 식각멈춤막을 형성하는 단계와, 식각멈춤막과 산화방지막 및 반도체 기판의 노출된 표면위에 질화막을 적층한 후, 질화막을 에치백하여 식각멈춤막과 산화방지막의 측면에만 질화막을 잔류시키는 단계와, 질화막을 마스크로 격리영역의 반도체 기판을 소정깊이까지 식각하고, 식각차단막을 식각제거하는 단계와, 질화막과 산화방지막을 마스크로 필드 산화하여 소자격리영역에 두꺼운 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2도는 본 발명에 따른 반도체 기판에서의 소자간 격리방법을 예시한 것으로, 먼저, 제2도의 (a)와 같이, 실리콘 기판(20)위에 패드산화막인 실리콘 산화막(21)과, 산화방지막을 형성하기 위한 실리콘 질화막(22)과, 식각멈춤막을 형성하기 위한 다결정실리콘층(23)을 차례로 적층한다.
다음으로, 제2도의 (b)와 같이, 격리영역의 실리콘 기판(20) 표면이 노출되도록 다결정실리콘층(23)과 실리콘 질화막(22) 및 실리콘 산화막(21)을 차례로 선택식각하여 도면과 같은 단면패턴을 가지도록 한다. 미설명부호, 23a는 소자형성영역에 남아있는 다결정실리콘층이고, 22a는 소자형성영역에 남아있는 실리콘 질화막이며, 21a는 소자형성영역에 남아있는 실리콘 산화막이다.
다음으로, 제2도의 (c)와 같이, 다결정실리콘층(23a)과 실리콘 질화막(22a)과 실리콘 산화막(21a) 및 실리콘 기판(20)의 노출된 표면 위에 실리콘 질화막(24)을 적층한다.
다음으로, 제2도의 (d)와 같이, 실리콘 질화막(24)을 에치백하여 다결정 실리콘층(23a)과 실리콘 질화막(22a)과 실리콘 산화막(21a)의 측면에 측벽 형태의 실리콘 질화막(24a)을 남긴다. 이때, 에치백공정에서 다결정실리콘층(23a)은 실리콘 질화막(24)과 식각 선택을 가지고 있어서, 식각멈춤막의 역할을 한다.
다음으로, 제2도의 (e)와 같이, 실리콘 질화막(24a)을 마스크로 실리콘 기판을 소정깊이까지 식각한다. 이와 동시에 다결정실리콘층(23a)를 제거한다. 실리콘 기판(20)과 다결정실리콘층(23a)은 서로 식각성질이 같으므로 동시에 제거가 가능하다. 실리콘 기판의 식각깊이는 이후에 형성된 실리콘 산하막의 두께와 평탄화를 고려하여 결정한다.
다음으로, 제2도의 (f)와 같이, 실리콘 기판(20)을 필드산화하여 실리콘 기판 내부에 필드산화막인 두꺼운 실리콘 산화막을 형성한다. 이때, 실리콘 질화막(22a)(24a)은 내산화성을 가지고 있어서, 그 하부의 소자형성영역상의 실리콘 기판의 산화를 방지하는 역할을 한다.
다음으로, 제2도의 (g)와 같이, 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 제거하여 격리영역상에 두꺼운 실리콘 산화막만 남아있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 반도체 기판에서의 소자간 격리방법을 통하여 형성한 필드산화막은 종래에 비하여 실리콘 기판과의 단차가 심하지 않아서 평탄화가 용이하며, 에치백 공정중 산화방지막 즉 질화막이 상부의 식각멈춤막 즉 다결정실리콘층으로부터 보호되어 안정되어, 이후의 산화공정에서 산화방지막으로서 기판 전체에 걸쳐 균일한 역할을 하여 균일한 필드 버즈 빅의 제어가 용이함을 특징으로 한다.

Claims (2)

  1. 소자가 형성될 영역사이에 산화막을 두껍게 형성하는 반도체 기판에서의 소자간 격리방법에 있어서, 1) 반도체 기판상에 내산화성을 가지는 제1물질과, 질화막과 식각선택성을 가지는 제2물질을 차례로 적층한 후, 격리영역만을 선택식각하여 반도체 기판의 표면을 노출시키고, 소자형성영역에 산화방지막과 그 상부의 식각멈춤막을 형성하는 단계와, 2) 상기 식각차단막과 상기 산화방지막 및 상기 반도체 기판의 노출된 표면위에 질화막을 적층한 후, 상기 질화막을 에치백하여 상기 식각차단막과 상기 산화방지막의 측면에만 질화막을 잔류시키는 단계와, 3) 상기 질화막을 마스크로 상기 격리영역의 반도체 기판을 소정깊이까지 식각하고, 상기 식각차단막을 식각제거하는 단계와, 4) 상기 질화막과 상기 산화방지막을 마스크로 필드 산화하여 상기 소자격리영역에 두꺼운 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 기판에서의 소자간 격리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1물질은 질화막이고, 상기 제2물질은 다결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 반도체 기판에서의 소자간 격리방법.
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