KR100213196B1 - 트렌치 소자분리 - Google Patents
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Abstract
트렌치를 이용한 반도체 장치의 소자분리 방법에 있어서, 트렌치 측벽의 프로파일을 개선한 트렌치 소자분리 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 트렌치 매립물질을 트렌치에 매립하기 전에 트렌치를 정의하며 기판위에 형성된 물질층에 언더컷을 형성한 다음 트렌치를 매립함으로써 소자 분리 후 트렌치 가장자리 부위의 프로파일을 향상시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 누설전류의 감소등 소자의 특성이 향상된 반도체 장치를 제조할 수 있게 된다.
Description
제1도 내지 제6도는 종래기술에 의한 트렌치 소자분리 방법을 나타내는 단면도들이다.
제7도 내지 제14도는 본 발명의 제1실시예에 의한 트렌치 소자분리 방법을 나타내는 단면도들이다.
제15도 내지 제22도는 본 발명의 제2실시예에 의한 트렌치 소자분리 방법을 나타내는 단면도들이다.
제23도 내지 제30도는 본 발명의 제3실시예에 의한 트렌치 소자분리 방법을 나타내는 단면도들이다.
본 발명은 트렌치를 이용한 반도체 장치의 소자분리 방법에 관한 것으로, 특히 트렌치를 채우고 있는 필드산화막 모서리 부분의 프로파일을 개선하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 트렌치 소자분리방법에 관한 것이다.
반도체 장치가 고집적화되고 미세화되어감에 따라 소자간을 분리하는 소자분리 영역의 축소는 중요한 항목으로 대두되고 있다. 소자분리 영역의 형성은 모든 제조공정단계에 있어서 초기단계의 공정으로서 활성영역의 크기 및 후공정 단계의 공정마진(margin)을 좌우하게 되므로 칩 패턴 전체를 비례축소해 가는데 있어서 소자분리 영역의 비례축소가 불가피하다.
일반적으로 반도체장치에 제조에 널리 이용되는 선택적 산화에 의한 소자분리 방법(LOCal Oxidation of Silicon; 이하 LOCOS)은 공정이 간단하다는 잇점이 있으나 256M DRAM급 이상의 고집적화되는 디바이스에 있어서는 소자분리의 폭(Width)이 감소함에 따라 산화시 수반되는 버즈비크(Bird's Beak)에 의한 펀치스루와 필드산화막의 두께감소와 같은 문제점으로 인하여 그 한계점에 이르고 있다.
상기 LOCOS방법의 문제점을 개선하기 위하여 제안된 트렌치를 이용한 소자분리방법은, 필드산화막의 형성에 있어서 상기 LOCOS방법과 같이 열산화공정에 의하지 않으므로 열산화공정으로 인해 유발되는 상기 LOCOS방법의 단점들을 어느 정도 줄일 수 있고, 실리콘 기판에 트렌치를 형성하고 내부를 산화막등 절연물질로 채움으로써 같은 소자분리 폭에서도 효과적인 소자분리 깊이를 가질 수 있어 LOCOS보다 작은 소자분리 영역을 만들 수 있다.
이하 종래 기술에 의한 반도체 장치의 트렌치(Trench) 소자 분리 방법을 제1도 내지 제6도는 참조하여 설명한다.
먼저 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 반도체 기판(10)에 패드 산화막(12), 질화막(14)을 차례로 증착한 후, 질화막(14)위에 포토레지스트를 도포한 후, 노광 현상하여 반도에 기판(10)에 트렌치를 형성하기 위한 포토레지스트패턴(16)을 형성한다.
이어서, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 상기 포토레지스트패턴(16)을 식각마스크로하여 질화막(14) 및 패드산화막(12)을 차례대로 식각한 다음, 상기 반도체 기판(10)을 건식 식각하여 트렌치(17)을 형성한다.
다음에 제3도와 같이 상기 포토레지스트패턴(16)을 제거한 다음 화학기상증착방법(Chemical Vapor Deposition)으로 상기 트렌치(17)를 채우고 상기 질화막패턴(14) 위에 소정두께를 가지도록 산화막(18)을 형성한다.
이어서 제4도와 같이 상기 산화막(18)을 상기 질화막(14)이 드러나는 부분까지 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)로 평탄화 공정을 실시한다.
다음에 제5도와 같이 트렌치 형성시 활성 영역을 보호하기 위해 사용된 상기 질화막(14)을 습식식각으로 제거한 다음 계속하여 패드산화막(12)을 제거하여 제6도와 같은 필드산화막(18B) 결과물을 얻는다.
그런데 상기 종래의 트렌치 소자분리방법에서는 트렌치 형성시 활성 영역을 보호하기 위해 사용된 질화막이나 패드산화막을 제거하기 위한 식각공정시, 트렌치를 채우고 있는 물질의 측면이 식각되어 제6도의 참조부호 A와 같은 프로파일을 나타내게 된다.
즉 활성 영역과 필드산화막의 경계영역에서 필드산화막이 경사지게 형성됨으로써 그 경계 영역에서 게이트 산화막이 얇아지고, 전계 집중 현상이 발생할 뿐만 아니라 후속 공정에서 형성되는 상부 절연막에도 스트레스를 주게 되어 누설전류가 야기되는 등 소자의 특성이 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 공정 개선을 통하여 트렌치를 채우고 있는 필드산화막 모서리 부분의 프로파일을 개선하여 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 트렌치 소자분리방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 상에 스트레스 버퍼 및 기판 보호 역할을 하는 제1물질층 및 상기 제1물질층에 비해 식각선택비가 큰 제2물질층을 차례로 형성하는 단계; 마스크 패턴으로 활성영역을 정의한 후, 상기 제2물질층, 제1물질층을 식각하여 필드영역의 반도체 기판을 노출시키는 제2물질층패턴 및 제1물질층패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2물질층패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계; 상기 트렌치를 절연층으로 매립한 후, 평탄화하여 상기 제2물질층패턴의 표면이 드러나도록 하는 단계; 및 상기 제2 및 제1물질층패턴을 차례대로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 상기 제1물질층은 산화막을 2물질층은 질화막을 사용하여 형성하고, 상기 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계는 반응성 이온 식각방법을 이용하여 수행한다. 또한 상기 트렌치를 형성하는 단계 이후에 트렌치 내부에 산화막을 형성시키는 단게 및 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계로서 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하되 상기 트렌치 내부에 형성된 산화막은 잔존시키는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하며, 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계는 불산(HF)용액을 이용하여 수행하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고 상기 제2물질층패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계는 습식식각방법을 이용하여 수행하는 것이 바람직하며, 상기 습식식각방법은 인산(H3PO4)용액을 이용하여 수행하며, 상기 인산용액을 이용한 습식식각은 140∼160℃에서 10∼20분간 진행되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 절연층은 실리콘 산화막을 이용하여 형성하며, 상기 평탄화 방법은 상기 제2물질층패턴을 스토퍼로 이용한 CMP(chemical mechanical polishing), 에치-백 및 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법 중의 어느 하나로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 반도체 기판 상에 스트레스 버퍼 및 기판 보호 역할을 하는 제1물질층, 상기 제1물질층에 비해 식각선택비가 큰 제2물질층 및 상기 제2물질층에 비해 식각선택비가 작은 제3물질층을 차례로 형성하는 단계;마스크 패턴으로 활성영역을 정의한 후, 상기 제3물질층, 제2물질층 및 제1물질층을 식각하여 필드영역의 반도체 기판을 노출시키는 제3물질층패턴, 제2물질층패턴 및 제1물질층패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2물질층패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계; 상기 트렌치를 절연층으로 매립한 후, 평탄화하는 단계; 및 상기 제3, 제2 및 제1물질층패턴을 차례대로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법을 제공한다.
이때, 상기 제1물질층은 산화막을 제2물질층은 질화막을 사용하여 형성하는 것이 바람직하며, 상기 제3물질층은 다결정실리콘을 이용하여 하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계는 반응성 이온 식각방법을 이용하여 수행할 수 있으며, 상기 트렌치를 형성하는 단계 이후에 트렌치 내부에 산화막을 형성시키는 단계 및 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계로서 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막은 제거하되 상기 트렌치 내부에 형성된 산화막은 잔존시키는 단계를 더 구비할 수 있으며, 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단게는 불산(HF)용액을 이용하여 수행한다.
또한, 상기 제2물질층 패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층 패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계는 습식식각방법을 이용하여 수행하며, 상기 습식식각방법은 인산용액을 이용하여 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 상기 인산용액을 이용한 습식식각은 140∼160℃에서 10∼20분간 진행한다.
그리고 상기 절연층은 실리콘 산화막을 이용하여 형성하며, 상기 평탄화 방법은 상기 제3물질층패턴을 스토퍼로 이용한 CMP(chemical mechanical polishing), 에치-백 및 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법 중의 어느 하나로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시예에 의하여 본 발명은, 반도체 기판 상에 스트레스 버퍼 및 기판 보호 역할을 하는 제1물질층, 상기 제1물질층에 비해 식각선택비가 큰 제2물질층 및 상기 제2물질층에 비해 식각선택비가 작은 제3물질층을 차례로 형성하는 단계; 마스크 패턴으로 활성영역을 정의한 후, 상기 제3물질층, 제2물질층,및 제1물질층을 식각하여 필드영역의 반도체 기판을 노출시키는 제3물질층패턴, 제2물질층패턴 및 제1물질층패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2물질층 패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층 패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계; 상기 트렌치를 절연층으로 매립한 후, 상기 제2물질층패턴을 스토퍼로 이용하여 평탄화하는 단계; 및 상기 제2및 제1물질층패턴을 차례대로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법을 제공한다.
이때, 상기 제1물질층은 산화막, 제2물질층은 질화막, 제3물질층은 산화막을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 기타 공정 진행은 본 발명의 다른 실시예와 동일하게 수행하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
제7도 내지 제14도는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 장치의 트렌치 소자분리방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
제7도는 반도체 기판(100)상에 제1물질층(102), 제2물질층(104)및 포토레지스트패턴(106)을 순차적으로 형성하는 단계를 도시한 것이다.
반도체 기판(100)상에 제1물질층(102), 예를 들어 산화막을 대략 100∼200Å 두께로 형성한다. 이 때 상기 제1물질층(102)은 후속공정에서 스트레스 버퍼(stress buffer) 및 활성영역을 보호 역할을 수행하게 된다. 이어서 상기 제1물질층(102)위에 후공정의 평탄화 공정시 스토퍼(stopper)역할을 수행하며 상기 제1물질층(102)에 비해 식각 선택비가 큰 제2물질층(104), 예를 들어 질화막을 대략 2500Å 두께로 형성한다. 다음에 상기 제2물질층(104)위에 포토레지스트를 도포한 뒤 노광 현상하여 트렌치 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(106)을 형성한다.
제8도는 제2 및 제1물질층(104, 102)을 식각하여 소자분리영역을 한정하는 단계를 나타내는 단면도이다.
포토레지스트패턴(106)을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 및 제1물질층(104, 102)을 차례로 이방성 식각하여 제2 및 제1물질층패턴(104A, 102A)을 형성하여 소자분리 영역이 될 반도체 기판(100)을 노출시킨다. 이때, 상기 포토레지스트패턴(106)은 제거될 수도 있고, 후속의 트렌치 형성시 마스크로 사용될 수도 있다.
제9도는 제1폭(W1)을 지니는 트렌치(107)를 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
상기 포토레지스트패턴(106) 또는 상기 제2 및 제1물질층패턴(104A, 102A)을 마스크로 사용한 반도체 기판(100)의 이방성 식각공정을 통하여 약 3500∼4000Å정도의 깊이와 제1폭(W1)을 갖는 트렌치(107)를 형성한다.
상기 포토레지스트패턴(106)을 식각마스크로하여 상기 제2물질층(104) 및 제1물질층(102)을 차례대로 식각하여 제2 및 제1물질층패턴(104A, 102A)을 형성한 다음 상기 포토레지스트패턴(106), 제2 및 제1물질층패턴(104A, 102A)을 식각마스크로하여 기판을 식각하여 트렌치(107)를 형성한다.
본 발명은 또한 상기 트렌치(107) 형성시 기판이 받은 손상의 영향을 최소화하고 트렌치(107)표면을 고르게 하기 위하여 트렌치(107)가 형성된 결과물 전면에 산화막(미도시)을 형성시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이 때 형성되는 산화막의 두께는 100∼300Å 정도가 적당하다. 산화막 형성후 100 : 1 불산(HF)용액에 약 300초 정도 결과물을 처리하여 제2물질층패턴(104A) 표면에 형성된 20Å 미만 두께의 얇은 산화막은 제거하고 기판내의 트렌치(107) 표면에는 일정 두께의 산화막을 잔존시킨다.
제10도는 제2물질층패턴(104B)간의 간격이 W2가 되도록 상기 제2물질층패턴(104A)을 부분적으로 식각하는 단계를 나타내는 단면도이다.
상기 트렌치(107) 형성후 포토레지스트 패턴(106)을 제거한 다음 상기 제2물질층패턴(104A)만을, 부분적으로 식각하는 용액, 예를 들어 인산용액(H3PO4)용액으로 140∼160℃에서 10∼20분 정도 식각하여 제2물질층패턴(104B)간의 간격(W2)이 트렌치 폭(W1)보다 넓어지도록 한다. 예를 150℃에서 15분 동안 인산용액처리를 하면 상기 제2물질층(104A)의 두께가 약 1800Å 정도로 되고 트렌치의 폭(W1)보다 1400Å정도 더 넓은 간격(W2)을 지니게 된다.
제11도는 상기 트렌치(107)가 충분히 도포될 수 있을 정도의 두께로 제3물질층(108A)을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
화학기상증착방법(CVD)을 이용하여 상기 트렌치(107)를 매립하고 상기 제2물질층패턴(104B)위에 일정두께를 지니도록 제3물질층(108A), 예를 들어 실리콘 산화막을 약5000∼7000Å두께로 형성한다.
제12도는 상기 트렌치 매립물질(108A)의 평탄화 단계를 도시하는 단면도이다.
상기 제2물질층패턴(104B)을 스토퍼로 이용하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치-백, 또는 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법중 어느하나를 사용하여 평탄화된 트렌치 매립물질(108B)을 형성한다.
이어서 제2물질층패턴(104B)을 건식식각 또는 인산용액을 이용한 습식식각 중 어느하나를 이용하여 제거하면 제13도에 도시한 바와 같은 결과물이 얻어지고, 최종적으로 상기 제1물질층패턴(102A)을 제거하면, 제14도에 도시한 바와 같이, 트렌치 영역위로 트렌치 매립 물질(108D)이 충분히 남게되어 가장자리 부위의 식각이 방지된 양호한 프로파일을 갖는 소자분리영역이 완성된다.
이때, 상기 제2 및 제1물질층패턴들(104B, 102A)을 제거하기 위한 습식식각시, 상기 트렌치 매립물질(108C)도 함께 식각되지만, 평탄화된 트렌치 매립물질(108C)이 트렌치 영역위로 충분히 남도록 형성되어 있기 때문에 매립물질(108C)의 측면이 소모되어 액티브 영역이 노출되는 문제점이 방지된다.
제15도 내지 제22도는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 장치의 트렌치 소자분리방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
제15도는 반도체 기판(200) 상에 제1물질층(202), 제2물질층(204), 제3물질층(206) 및 포토레지스트패턴(208)을 순차적으로 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
반도체 기판(200)상에 활성영역 보호 역할을 수행하는 제1물질층(202), 예를 들어 산화막을 대략 100∼200Å 두께로 형성한다. 이어서 상기 제1물질층(202)위에 제1물질층(202)에 비해 식각 선택비가 큰 제2물질층(204), 예를 들어 질화막을 대략 2000∼3000Å 두께로 형성한다. 다음에 상기 제2물질층(204)위에 제2물질층(204)에 비해 식각선택비가 작은 제3물질층(206), 예를 들어 다결정실리콘층을 700∼1200Å 두께로 형성한다. 이어서 포토레지스트를 도포한 뒤 노광 현상하여 트렌치 영역을 정의하는 포토레지스트패턴(208)을 형성한다.
제16도는 제3, 제2 및 제1물질층(206, 204, 202)을 식각하여 소자분리영역을 한정하는 단계를 나타내는 단면도이다.
포토레지스트패턴(208)을 식각마스크로 사용하여 상기 제3, 제2 및 제1물질층(206, 204, 202)을 차례로 이방성 식각하여 제3, 제2 및 제1물질층패턴(206A, 204A, 202A)을 형성하여 소자분리 영역이 될 반도체 기판(200)을 노출시킨다. 이때, 상기 포토레지스트패턴(206)은 제거될 수도 있고, 후속의 트렌치 형성시 마스크로 사용될 수도 있다.
제17도는 제1폭(W1)을 지니는 트렌치(209)를 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
상기 포토레지스트패턴(208) 또는 상기 제3, 제2 및 제1물질층패턴(206A, 204A, 202A)을 마스크로 사용하여 반도체 기판(200)을 이방성 식각하여 약 3500∼4000Å 정도의 깊이와 제1폭(W1)을 갖는 트렌치(209)를 형성한다. 이 때 트렌치의 깊이는 필요에 따라 조정할 수 있다.
이 때 상기 트렌치(209) 형성시 기판이 받은 손상의 영향을 최소화하고 트렌치(209) 표면을 고르게 하기 위하여 트렌치(209)가 형성된 결과물 전면에 산화막(미도시)을 형성시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이 때 형성되는 산화막의 두께는 100∼300Å 정도가 적당하다. 산화막 형성후 100 : 1 불산(HF)용액에 약 300초 정도 결과물을 처리하여 제2물질층패턴(104A)표면에 형성된 20Å 미만 두께의 얇은 산화막은제거하고 기판내의 트렌치(107) 표면에는 일정 두께의 산화막을 잔존시킨다.
제18도는 식각된 제2물질층패턴(204B)간의 간격이 W2가 되도록 상기 제2물질층패턴(204B)을 부분적으로 식각하는 단계를 나타내는 단면도이다.
상기 트렌치(209) 형성후 포토레지스트패턴(208)을 제거한 다음 상기 제2물질층패턴(204A)만을 부분적으로 식각하는 용액, 예를 들어 인산용액(H3PO4)용액으로 140∼160℃에서 10∼20분 정도 식각하여 제2물질층패턴(204B)간의 간격(W2)이 트렌치의 폭(W1)보다 넓어지도록 언더컷을 형성한다. 예를 들어 150℃에서 15분 동안 인산용액처리를 하면 트렌치의 폭(W1)보다 1400Å정도 더 넓은 간격(W2)을 지니게 된다. 이 때 상기 제1물질층패턴(202A)과 제3물질층패턴(206A)은 상기 제2물질층패턴(204A)에 비해 식각선택비가 작기 때문에 거의 식각되지 않으므로 도면에서 도시한 바와 같이 제2물질층패턴만이 식각되어 언더컷을 형성하게 되는 것이다.
제19도는 상기 트렌치(209)가 충분히 도포될 수 있을 정도의 두께로 제4물질층(210A)을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
화학기상증착방법(CVD)을 이용하여 상기 트렌치(209)를 매립하고 상기 제3물질층패턴(206B)위에 일정두께를 지니도록 제4물질층(210A), 예를 들어 실리콘 산화막을 약 5000∼7000Å두께로 형성한다.
제20도는 상기 트렌치 매립물질(210A)의 평탄화 단계를 도시하는 단면도이다.
상기 제3물질층패턴(206A)을 스토퍼로 이용하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치-백, 또는 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법중 어느하나를 사용하여 평탄화된 트렌치 매립물질(210B)을 형성한다.
이어서 제3물질층패턴(206A)을 건식식각 또는 질산(HNO3), 초산(CH3COOH), 불산(HF) 및 증류수의 혼합용액을 이용한 습식식각 중 어느하나를 이용하여 제거한 뒤, 제2물질층패턴(204B)을 건식식각 또는 인산용액을 이용한 습식식각 중 어느 하나를 이용하여 제거하면 제21도에 도시한 바와 같은 결과물이 얻어지고, 최종적으로 상기 제1물질층패턴(202A)을 제거하면, 제22도에 도시한 바와 같이, 트렌치 영역위로 트렌치 매립 물질(210D)이 충분히 남게 되어 가장자리 부위의 식각이 방지된 양호한 프로파일을 갖는 소자분리영역이 완성된다.
즉 본 발명에 의하면, 상기 제3, 제2 및 제1물질층패턴(206A, 204B, 202A)을 제거하기 위한 습식식각시 상기 트렌치 매립물질(210B)도 함께 식각되지만, 트렌치 매립물질(210B)이 트렌치 영역위로 충분히 남도록 형성되어 있기 때문에 트렌치 매립물질(210B)의 측면이 소모되어 활성영역이 노출되는 문제점을 최소화할 수 있다.
제23도 내지 제30도는 본 발명의 제3실시에에 따른 반도체 장치의 트렌치 소자분리방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
제3실시예는 제2실시예와 대부분의 공정에 있어서 동일하며, 단지 제3물질층(206)으로 산화막을 이용하고 제27도에 도시되어 있는 바와 같이 트렌치 매립물질(210A)의 평탄화 공정시 제2물질층패턴(204B)을 평탄화 공정의 스토퍼롤 사용한다는 점에 있어서만 차이가 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 트렌치 매립물질을 트렌치에 매립하기 전에 기판위에 형성되어 트렌치영역을 정의하는 물질층에 언더컷을 형성한 다음 트렌치를 매립한다. 따라서 트렌치 형성시 활성영역을 보호하기 위해 형성한 물질층을 식각할 때 트렌치 측벽 및 활성영역과 접하는 트렌치 가장자리 모서리 부분이 식각되어 트렌치 가장자리에 인접한 활성영역이 노출되는 것을 방지되어 트렌치 가장자리 부위의 프로파일을 향상시킬 수 있다. 따라서 필드산화막 가장자리에 전계가 집중되는 문제점이 방지되고 후속공정에서 형성되는 상부의 절연막이 받는 스트레스도 감소하게 되어 소자의 특성이 향상된 반도체 장치를 제조할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명이 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능함은 명백하다.
Claims (31)
- 반도체 기판 상에 스트레스 버퍼 및 기판 보호 역할을 하는 제1물질층 및 상기 제1물질층에 비해 식각선택비가 큰 제2물질층을 차례로 형성하는 단계; 마스크 패턴으로 활성영역을 정의한 후, 상기 제2물질층, 제1물질층을 식각하여 필드영역의 반도체 기판을 노출시키는 제2물질층패턴 및 제1물질층패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2물질층패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계; 상기 트렌치를 절연층으로 매립한 후, 평탄화하여 상기 제2물질층패턴의 표면이 드러나도록 하는 단계; 및 상기 제2 및 제1물질층패턴을 차례대로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1물질층은 산화막을 제2물질층은 질화막을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제1항에있어서, 상기 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계는 반응성 이온 식각방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계 이후에 트렌치 내부에 산화막을 형성시키는 단계 및 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계로서 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막은 제거하되 상기 트렌치 내부에 형성된 산화막은 잔존시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계는 불산(HF)용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으호 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2물질층패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계는 습식식각방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제6항에 있어서, 상기 습식식각방법은 인산(H3PO4) 용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로하는 트렌치 소자분리방법.
- 제7항에 있어서, 상기 인산용액을 이용한 습식식각은 140∼160℃에서 10∼20분간 진행되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 산화막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제1항에 있어서, 상기 평탄화 방법은 상기 제2물질층패턴을 스토퍼로 이용한 CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치-백, 및 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법중 어느 하나로 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 반도체기판 상에 스트레스 버퍼 및 기판 보호 역할을 하는 제1물질층, 상기 제1물질층에 비해 식각선택비가 큰 제2물질층 및 상기 제2물질층에 비해 식각선택비가 작은 제3물질층을 차례로 형성하는 단계; 마스크 패턴으로 활성영역을 정의한 후, 상기 제3물질층, 제2물질층 및 제1물질층을 식각하여 필드영역의 반도체 기판을 노출시키는 제3물질층패턴, 제2물질층패턴 및 제1물질층패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2물질층패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계; 상기 트렌치를 절연층으로 매립한 후, 상기 제3물질층패턴을 스토퍼로 이용하여 평탄화하는 단계; 및 상기 제3, 제2 및 제1물질층패턴을 차례대로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제1물질층은 산화막을 제2물질층은 질화막을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제3물질층은 다결정실리콘을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계는 반응성 이온 식각방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계 이후에 트렌치 내부에 산화막을 형성시키는 단계 및 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계로서 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막은 제거하되 상기 트렌치 내부에 형성된 산화막은 잔존시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제15항에 있어서, 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계는 불산(HF)용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제2물질층 패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층 패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계는 습식식각방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제17항에 있어서, 상기 습식식각방법은 인산용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제18항에 있어서, 상기 인산용액을 이용한 습식식각은 140∼160℃에서 10∼20분간 진행되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 산화막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제11항에 있어서, 상기 평탄화 방법은 상기 제3물질층패턴을 스토퍼로 이용한 CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치-백, 및 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법중 어느 하나로 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 반도체 기판 상에 스트레스 버퍼 및 기판 보호 역할을 하는 제1물질층, 상기 제1물질층에 비해 식각선택비가 큰 제2물질층 및 상기 제2물질층에 비해 식각선택비가 작은 제3물질층을 차례로 형성하는 단계; 마스크 패턴으로 활성영역을 정의한 후, 상기 제3물질층, 제2물질층 및 제1물질층을 식각하여 필드영역의 반도체 기판을 노출시키는 제3물질층패턴, 제3물질층패턴 및 제1물질층패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제2물질층 패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층 패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계; 상기 트렌치를 절연층으로 매립한 후, 상기 제2물질층패턴을 스토퍼로 이용하여 평탄화하는 단계; 및 상기 제2 및 제1물질층패턴을 차례대로 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제22항에 있어서, 상기 제1물질층은 산화막, 제2물질층은 질화막, 제3물질층은 산화막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제22항에 있어서, 상기 반도체 기판을 식각하여 제1폭을 지니는 트렌치를 형성하는 단계는 반응성 이온 식각방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제22항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계 이후에 트렌치 내부에 산화막을 형성시키는 단계 및 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계로서 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막은 제거하되 상기 트렌치 내부에 형성된 산화막은 잔존시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제25항에 있어서, 상기 제2물질층 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계는 불산(HF)용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제22항에 있어서, 상기 제2물질층 패턴을 부분적으로 식각하여 제2물질층 패턴간의 간격이 상기 제1폭보다 넓어지도록 하는 단계는 습식식각방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제27항에 있어서, 상기 습식식각방법은 인산용액을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제28항에 있어서, 상기 인산용액을 이용한 습식식각은 140∼160℃에서 10∼20분간 진행되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제22항에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 산화막을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
- 제22항에 있어서, 상기 평탄화 방법은 상기 제3물질층패턴을 스토퍼로 이용한 CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치-백, 및 CMP와 에치-백을 함께 사용하는 방법중의` 어느 하나로 수행하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리방법.
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